WO2009127270A1 - Festdrehzahl-antrieb - Google Patents

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WO2009127270A1
WO2009127270A1 PCT/EP2008/065637 EP2008065637W WO2009127270A1 WO 2009127270 A1 WO2009127270 A1 WO 2009127270A1 EP 2008065637 W EP2008065637 W EP 2008065637W WO 2009127270 A1 WO2009127270 A1 WO 2009127270A1
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WO
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converter
speed drive
synchronous motor
permanent
magnet synchronous
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Application number
PCT/EP2008/065637
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hubert Schierling
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/46—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual synchronous motor
    • H02P1/52—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual synchronous motor by progressive increase of frequency of supply to motor

Definitions

  • the invention relates to a fixed speed drive.
  • asynchronous motor and a star-delta starting circuit or a soft starter.
  • the efficiency of asynchronous motors is significantly lower than synchromotors.
  • synchronous motors can not start up by means of a star-delta starter circuit or a soft starter.
  • the synchronizing motor must be provided with a starting cage, or the synchronizing motor is fed by a voltage source converter, as in a variable-speed drive.
  • the start-up cage worsens the utilization of the motor. If a converter is used, the overall efficiency of the fixed-speed drive will deteriorate significantly.
  • the invention is an object of the invention to provide a drive with a synchronous motor, which can be operated at a fixed speed with a maximum efficiency.
  • a permanent-magnet synchronous motor is provided as a synchronous motor.
  • a voltage source inverter is used with a switching device, are connected to the AC-side terminals of the self-commutated pulse converter, to which the permanent-magnet synchronous motor is connected to AC side terminals of the diode rectifier to which a feeding network is connected can.
  • the voltage source inverter is used only for the startup of the permanent-magnet synchronous motor. For this reason, this voltage source inverter can be made very inexpensive. This means that the inverter no longer requires a fan and that, as far as possible, a heat sink can be dispensed with.
  • the voltage source inverter can be constructed so compact that it forms a structural unit with the motor.
  • this voltage source inverter can be accommodated in a terminal box, in particular an enlarged terminal box, of the permanent-magnet synchronous motor.
  • the switching device has a contact per phase of the permanent magnet synchronous motor or the self-commutated pulse converter of the voltage source inverter.
  • the inventive arrangement of the contacts of this switching device in the voltage source inverter these contacts of the switching device are turned off. When these contacts are switched off, the motor current commutates to a DC link capacitor of the voltage source inverter.
  • the contacts of this switching device can be made very inexpensive.
  • the control of the voltage source inverter is provided with an on / off switch.
  • the startup of the permanent-magnet synchronous motor is no longer automatically when creating a mains voltage of a feeding network. Only when the on / off switch is actuated, the permanent-magnet synchronous motor is started up. This can be dispensed with upstream upstream contactor.
  • FIG. 1 shows an equivalent circuit diagram of a first embodiment of the fixed-speed drive according to the invention, which
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram of a third embodiment of the fixed-speed drive according to the invention.
  • FIG. 1, 2 designates a permanent-magnet synchronous motor, 4 a voltage source inverter, 6 a feeding network, in particular a three-phase system.
  • the voltage source inverter 4 has a diode rectifier 8 on the line side and a self-commutated pulse converter 10 on the motor side.
  • the diode rectifier 8 and the self-commutated pulse-controlled converter 10 are electrically connected in parallel by means of a voltage intermediate circuit which has a DC link capacitor 12.
  • the voltage source inverter 4 has a controller 14.
  • the AC-side terminals 16, 18 and 20 of the diode rectifier 8 are each associated with a phase R, S or T of the feeding network 6.
  • the AC-side terminals 22, 24 and 26 of the self-commutated pulse converter 10 are electrically connected to phases U, V or W of the permanent-magnet synchronous motor 2.
  • the self-commutated pulse-controlled converter 10 has in each case as a converter valves Tl to T6 a turn-off semiconductor switch, in particular an integrated gate bipolar. lar transistor (IGBT), on. These converter valves Tl to T6, which are arranged in a B6 circuit, are each connected to the controller 14 on the control side.
  • Such a described voltage source inverter corresponds to a commercially available voltage source inverter 4, also referred to as a frequency converter, which is used for driving asynchronous motors.
  • this DC link converter 4 is provided with a switching device 28 which is arranged in the converter 4 such that their contacts the AC voltage side terminals 16, 18, 20 of the diode rectifier 8 with the AC side terminals 22, 24 and 26 of the self-commutated pulse converter 10th connect.
  • the contacts of the switching device 28 are linked to the controller 14 of the voltage source converter 4.
  • This switching device 28 connects the permanently excited synchronous motor 2 with closed contacts directly to the feeding network 6, whereby the self-commutated pulse-controlled converter 10 is bridged. Therefore, this switching device 28 is also referred to as Uberbruckungsschaltvorraum.
  • the self-commutated pulse-controlled converter 10 is thus used only when starting up the permanent-magnet synchronous motor 2.
  • the intermediate circuit capacitor 12 can be dimensioned substantially smaller compared to a commercially available voltage source inverter 4 in its storage capacity. As a result, no pre-charge circuit is required more.
  • the contacts of the switching device 28 are turned on without power. When switched off, the current commutes to the DC link capacitor 12 of the DC link converter 4. Therefore, the contacts of the switching device 28 can be carried out very inexpensively. Instead of mechanical contacts, this switching device 28 may also have electronic contacts. As electronic contacts turn-off semiconductor switches are preferably used, which can carry an alternating current. Which disconnectable semiconductor switch is used depends primarily on the power requirement of the permanently excited synchronous motor 2.
  • two outputs 22 and 24 of the self-commutated pulse-controlled converter 10 each have a current measuring device 30 and 32.
  • these current measuring devices 30 and 32 are linked to the controller 14 of the voltage source converter 4.
  • These current measuring devices 30 and 32 measure the converter output currents.
  • the controller 14 In order for the permanent-magnet synchronous motor 2 to be operated from the feeding network 6 at a constant, constant speed, the controller 14 must synchronize and ramp up the permanently excited synchronous motor 2. Only when the permanent-magnet synchronous motor 2 is synchronized to the feeding network 6, this is raised to its predetermined fixed speed.
  • two mains voltages of the feeding network 6 or their signs can be used.
  • the voltages can also be over two Contacts of the switching device 8 are determined. Both embodiments require further measuring devices that take up space and incur costs.
  • the synchronization can also be carried out without these additional measuring devices, as described below:
  • the controller 14 determines from the course of the intermediate circuit voltage U zw amplitude and frequency of the feeding network 6. From the amplitude of this
  • DC link voltage U zw is closed to the amplitude of the feeding network 6, since the intermediate circuit voltage U Z w is the rectified AC voltage of the feeding network 6. Since a diode rectifier 8, in particular in a so-called B6 circuit, is used to rectify the voltage of the feeding network 6, in particular of a three-phase network 6, the intermediate circuit voltage U zw on the intermediate circuit capacitor 12 has an alternating component whose frequency is 6. times the mains frequency.
  • a contact of the switching device 28 is closed.
  • an upper converter valve T 1, T 3 or T 5 is closed corresponding to the closed contact of the switching device 28. If the associated converter current remains zero, then the associated mains voltage is just the largest of the three mains voltages of the feeding network 6. If this is not the case, this test pulse is repeated at a later time, for example 60 ° el. Later. In this way, the phase position of the mains voltage of the feeding network 6 is determined without voltage detection.
  • this sequence consisting of closing a contact of the switching device 28, evaluating the test signal, is repeated in a second converter phase.
  • the contacts of the switching device 28 in the open state and connected to the outputs 22, 24 and 26 of the self-commutated pulse converter 10 permanently excited synchronous motor 2 is by means of the self-commutated pulse converter 10 whose converter valves Tl to T6 are controlled by the controller 14 on ramped up a predetermined fixed speed.
  • the direction of rotation of the permanent-magnet synchronous motor 2 is determined from the previously determined phase sequence of the feeding network 6.
  • the speed setpoint of the fixed speed of the permanently excited synchronous motor 2 is determined from the mains frequency of the feeding network 6.
  • the startup of the permanent-magnet synchronous motor 2 corresponds to a speed control of speed zero to a predetermined speed setpoint. For this speed control known encoderless methods are used.
  • the permanent-magnet synchronous motor 2 is synchronized to a measured or a simulated mains voltage. As soon as the permanently excited synchronous motor 2 rotates synchronously with the mains voltage of the feeding network 6, the control signals for the power converter valves T 1 to T 6 of the self-commutated pulse-controlled rectifier 10 are blocked and all contacts of the switching device 28 are closed. This can be done simultaneously or sequentially for all phases.
  • the contacts of the switching device 28 remain so long in the closed state, as long as the permanent-magnet synchronous motor 2 can be operated at a predetermined fixed speed. Due to the constant evaluation of the detected intermediate circuit voltage U zw with respect to amplitude and ripple frequency, the state of the feeding network 6 is concluded.
  • the feeding network 6 fails once, this state is detected by means of the detected intermediate circuit voltage U zw .
  • the contacts of the switching device 28 are opens and held the permanent-magnet synchronous motor 2 by means of the self-commutated pulse converter 10 at the predetermined speed setpoint. If the mains voltage of the supplying network 6 returns, the permanent-magnet synchronous motor 2 is synchronized to the recurrent mains voltage of the supplying network 6.
  • the self-commutated pulse-controlled converter 10 of the voltage intermediate-circuit converter 4 is used only during start-up of the permanent-magnet synchronous motor 2. Therefore, the resulting in the self-commutated pulse converter 10 of the inverter 4 loss energy is very low. To heat the self-commutated pulse converter 10, therefore, a much smaller heat sink is needed, which may possibly be dispensed with altogether. On a forced ventilation can be dispensed with altogether. This means that no fan is needed anymore.
  • the current measuring device 30 and 32 are each arranged in a motor supply line 34 and 36 according to FIG. Otherwise, the two embodiments are identical.
  • the motor current is determined instead of the converter output current.
  • the controller 14 of the voltage source inverter 4 in the operation of the permanent-magnet synchronous motor 2 can also take over the protection of this synchronous motor 2.
  • the voltage intermediate-circuit converter 4 according to FIG. 3 is provided with an on / off switch 38, which is linked to the controller 14 in terms of signaling.
  • an on / off switch 38 which is linked to the controller 14 in terms of signaling.
  • the voltage source converter 4 takes up less space compared to a commercially available converter because of a smaller DC link capacitor 12 and a lower power loss, the nominally-excited synchronous motor 2 and the voltage intermediate-circuit converter 4 the fixed-speed drive a unit.
  • the voltage source inverter 4 is accommodated in the terminal box of the permanently excited synchronous motor 2, which may be slightly larger. Thus, you get a permanent-magnet synchronous motor 2 with integrated startup device.
  • the inventive interconnection of a switching device 28 in a commercial voltage intermediate circuit converter 4 gives a soft starter for a permanent-magnet synchronous motor 2. This gives a fixed speed drive with a high efficiency, which is also robust against a weak network.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Festdrehzahl-Antrieb. Erfindungsgemäß weist dieser Festdrehzahl-Antrieb einen permanenterregten Synchronmotor (2) und einen Spannungszwischenkreis-Umrichter (4) auf, der netzseitig einen Diodengleichrichter (8) und motorseitig einen selbstgeführten Pulsstromrichter (10) aufweist, die gleichspannungsseitig mittels eines Zwischenkreis-Kondensators (12) elektrisch parallel geschaltet sind, wobei die wechselspannungsseitigen Anschlüsse (22, 24, 26) des selbstgeführten Pulsstromrichters (10) jeweils mit einer Phase (U, V, W) des permanenterregten Synchronmotors (2) und jeweils mittels eines Kontaktes einer Schaltvorrichtung (28) mit einem wechselspannungsseitigen Anschluss (16, 18, 20) des Diodengleichrichters (8) verknüpft sind, und wobei diese Kontakte der Schaltvorrichtung (28) signaltechnisch mit einer Steuerung (14) des Umrichters (4) verbunden ist. Somit erhält man einen permanenterregten Synchronmotor (2) mit einem integrierten Anlaufgerät, der als Festdrehzahl-Antrieb mit hohem Wirkungsgrad eingesetzt werden kann, wobei dieser ebenfalls robust gegenüber einem schwachen Netz ist.

Description

Beschreibung
Festdrehzahl-Antrieb
Die Erfindung bezieht sich auf einen Festdrehzahl-Antrieb.
Im Handel erhältliche Festdrehzahl-Antriebe bestehen aus einem Asynchronmotor und einer Stern-Dreieck-Anlassschaltung oder einem Sanftstarter. Der Wirkungsgrad von Asynchronmoto- ren ist gegenüber Synchromotoren deutlich geringer. Synchro- motoren können allerdings nicht mittels einer Stern-Dreieck- Anlassschaltung oder einem Sanftstarter anlaufen. Um Synchromotoren anlaufen zu lassen, muss entweder der Synchromotor mit einem Anlaufkäfig versehen werden, oder der Synchromotor wird von einem Spannungszwischenkreis-Umrichter gespeist, wie bei einem Drehzahlveränderbarem Antrieb. Durch den Anlaufkä- fig verschlechtert sich die Ausnutzung des Motors. Wird ein Umrichter verwendet, so verschlechtert sich deutlich der Ge- samt-Wirkungsgrad des Festdrehzahl-Antriebs.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb mit einem Synchronmotor anzugeben, der mit fester Drehzahl bei einem maximalen Wirkungsgrad betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Um einen Antrieb mit einem hohen Wirkungsgrad zu erhalten, wird als Synchronmotor ein permanenterregter Synchronmotor vorgesehen. Damit dieser auch anlaufen kann, wird ein Spannungszwischenkreis-Umrichter mit einer Schaltvorrichtung verwendet, mit der wechselspannungsseitige Anschlüsse des selbstgeführten Pulsstromrichters, an denen der permanenterregte Synchronmotor angeschlossen ist, mit wechselspannungs- seitigen Anschlüssen des Diodengleichrichters, an denen ein speisendes Netz angeschlossen ist, verbunden werden können. Durch diese Schaltvorrichtung wird der Spannungszwischenkreis-Umrichter nur für den Hochlauf des permanenterregten Synchronmotors benutzt. Aus diesem Grund kann dieser Spannungszwischenkreis-Umrichter sehr kostengünstig ausgeführt sein. Das heißt, dass der Umrichter keinen Lüfter mehr benötigt und dass weitestgehend auf einen Kühlkörper verzichtet werden kann. Außerdem sind keine Schnittstellen zur Steuerung des Spannungszwischenkreis-Umrichters mehr erforderlich. Ferner ist es nicht erforderlich, eine Netzspannung eines spei- senden Netzes, an dem der hochgelaufene permanenterregte Synchronmotor angeschlossen ist, zu erfassen. Somit kann der Spannungszwischenkreis-Umrichter derart kompakt aufgebaut werden, dass dieser mit dem Motor eine Baueinheit bildet. Beispielsweise kann dieser Spannungszwischenkreis-Umrichter in einem Klemmenkasten, insbesondere einem vergrößerten Klemmenkasten, des permanenterregten Synchronmotors untergebracht werden .
Die Schaltvorrichtung weist pro Phase des permanenterregten Synchronmotors bzw. des selbstgeführten Pulsstromrichters des Spannungszwischenkreis-Umrichters einen Kontakt auf. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Kontakte dieser Schaltvorrichtung im Spannungszwischenkreis-Umrichter werden diese Kontakte der Schaltvorrichtung stromlos eingeschaltet. Beim Ausschalten dieser Kontakte kommutiert der Motorstrom auf einen Zwischenkreis-Kondensator des Spannungszwischenkreis- Umrichters. Somit können die Kontakte dieser Schaltvorrichtung sehr kostengünstig ausgeführt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Festdrehzahl- Antriebs ist die Steuerung des Spannungszwischenkreis- Umrichters mit einem Ein-/Ausschalter versehen. Dadurch erfolgt das Hochfahren des permanenterregten Synchronmotors nicht mehr automatisch beim Anlegen einer Netzspannung eines speisenden Netzes. Erst wenn der Ein-/Ausschalter betätigt wird, wird der permanenterregte Synchronmotor hochgefahren. Dadurch kann auf ein vorgelagertes Netzschütz verzichtet werden . Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Festdrehzahl- Antriebs sind den Unteransprüchen 4 bis 7 zu entnehmen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Festdrehzahl-Antriebs schematisch veranschaulicht sind.
FIG 1 zeigt ein Ersatzschaltbild einer ersten Ausführungsform des Festdrehzahl-Antriebs nach der Erfindung, die
FIG 2 zeigt ein Ersatzschaltbild einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Festdrehzahl- Antriebs und in der
FIG 3 ist ein Ersatzschaltbild einer dritten Ausführungsform des Festdrehzahl-Antriebs nach der Erfindung dargestellt .
In der Figur 1 sind mit 2 ein permanenterregter Synchronmotor, mit 4 ein Spannungszwischenkreis-Umrichter, mit 6 ein speisendes Netz, insbesondere ein Drehstromnetz, bezeichnet. Der Spannungszwischenkreis-Umrichter 4 weist netzseitig einen Diodengleichrichter 8 und motorseitig einen selbstgeführten Pulsstromrichter 10 auf. Gleichspannungsseitig sind der Diodengleichrichter 8 und der selbstgeführte Pulsstromrichter 10 mittels eines Spannungszwischenkreises, der einen Zwischenkreis-Kondensator 12 aufweist, elektrisch parallel geschaltet. Ferner weist der Spannungszwischenkreis-Umrichter 4 eine Steuerung 14 auf. Die wechselspannungsseitigen Anschlüsse 16, 18 und 20 des Diodengleichrichters 8 sind jeweils mit einer Phase R, S oder T des speisenden Netzes 6 verknüpft. Die wechselspannungsseitigen Anschlüsse 22, 24 und 26 des selbstgeführten Pulsstromrichters 10 sind mit Phasen U, V oder W des permanenterregten Synchronmotors 2 elektrisch leitend verbunden. Der selbstgeführte Pulsstromrichter 10 weist als Stromrichterventile Tl bis T6 jeweils einen abschaltbaren Halbleiterschalter, insbesondere einen Integrated Gate Bipo- lar Transistor (IGBT), auf. Diese Stromrichterventile Tl bis T6, die in einer B6-Schaltung angeordnet sind, sind steue- rungsseitig jeweils mit der Steuerung 14 verknüpft.
Ein derartig beschriebener Spannungszwischenkreis-Umrichter entspricht einem im Handel erhaltlichen Spannungszwischenkreis-Umrichter 4, auch als Frequenzumrichter bezeichnet, der zum Antreiben von Asynchronmotoren verwendet wird.
Erfindungsgemaß ist dieser Spannungszwischenkreis-Umrichter 4 mit einer Schaltvorrichtung 28 versehen, die derart im Umrichter 4 angeordnet ist, dass deren Kontakte die wechsel- spannungsseitigen Anschlüsse 16, 18, 20 des Diodengleichrichters 8 mit den wechselspannungsseitigen Anschlüssen 22, 24 und 26 des selbstgefuhrten Pulsstromrichters 10 verbinden. Steuerungsseitig sind die Kontakte der Schaltvorrichtung 28 mit der Steuerung 14 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 4 verknüpft. Diese Schaltvorrichtung 28 verbindet den permanenterregten Synchronmotor 2 bei geschlossenen Kontakten di- rekt mit dem speisenden Netz 6, wodurch der selbstgefuhrte Pulsstromrichter 10 überbrückt ist. Deshalb wird diese Schaltvorrichtung 28 auch als Uberbruckungsschaltvorrichtung bezeichnet. Der selbstgefuhrte Pulsstromrichter 10 wird somit nur beim Hochlaufen des permanenterregten Synchronmotors 2 verwendet.
Wegen dieser eingeschränkten Benutzungshandlung des selbstgefuhrten Pulsstromrichters 10 kann dieser sehr kostengünstig ausgeführt werden. Das heißt, es wird für die Kühlung der Stromrichterventile Tl bis T6 des selbstgefuhrten Pulsstromrichters 10 kein Lufter mehr benotigt. Außerdem kann weitest- gehend auf einen Kühlkörper für diese Stromrichterventile Tl bis T6 verzichtet werden. Ferner kann auf Schnittstellen zur Steuerung 14 dieses Umrichters 4 verzichtet werden, da wah- rend des Betriebs des permanenterregten Synchronmotors 2 mit einer festen Drehzahl der selbstgefuhrte Pulsstromrichter 10 nicht in Betrieb ist. Da, wie bereits erwähnt, der selbstgefuhrte Pulsstromrichter 10 nur für den Hochlauf des perma- nenterregten Synchronmotors 2 verwendet wird, kann der Zwischkreis-Kondensator 12 gegenüber einem im Handel erhältlichen Spannungszwischenkreis-Umrichter 4 in seiner Speicherkapazität wesentlich geringer dimensioniert werden. Dadurch wird auch keine Vorladeschaltung mehr benötigt.
Die Kontakte der Schaltvorrichtung 28 werden stromlos eingeschaltet. Beim Ausschalten kommutiert der Strom auf den Zwischenkreis-Kondensator 12 des Spannungszwischenkreis- Umrichters 4. Deswegen können die Kontakte der Schaltvorrichtung 28 sehr kostengünstig ausgeführt werden. Anstelle von mechanischen Kontakten kann diese Schaltvorichtung 28 auch elektronische Kontakte aufweisen. Als elektronische Kontakte werden bevorzugt abschaltbare Halbleiterschalter verwendet, die einen Wechselstrom führen können. Welcher abschaltbare Halbleiterschalter zur Anwendung kommt, hängt vorrangig vom Leistungsbedarf des permanenterregten Synchronmotors 2 ab.
In dieser ersten Ausführungsform des Festdrehzahl-Antriebs nach der Erfindung weisen zwei Ausgänge 22 und 24 des selbstgeführten Pulsstromrichters 10 jeweils eine Strommessvorrichtung 30 und 32 auf. Ausgangsseitig sind diese Strommessvorrichtungen 30 und 32 mit der Steuerung 14 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 4 verknüpft. Mit diesen Strommessvor- richtungen 30 und 32 werden die Umrichter-Ausgangsströme gemessen .
Damit der permanenterregte Synchronmotor 2 bei einer unveränderlichen konstanten Drehzahl aus dem speisenden Netz 6 be- trieben werden kann, muss die Steuerung 14 eine Synchronisation und einen Hochlauf des permanenterregten Synchronmotors 2 vornehmen. Erst wenn der permanenterregte Synchronmotor 2 auf das speisende Netz 6 synchronisiert ist, wird dieser auf seine vorbestimmte Festdrehzahl hochgefahren.
Zur Synchronisation können beispielsweise zwei Netzspannungen des speisenden Netzes 6 bzw. deren Vorzeichen verwendet werden. Alternativ können ebenfalls die Spannungen über zwei Kontakte der Schaltvorrichtung 8 ermittelt werden. Bei beiden Ausführungsformen werden weitere Messvorrichtungen benötigt, die Platz beanspruchen und Kosten verursachen.
Die Synchronisation kann aber auch ohne diese zusätzlichen Messvorrichtungen durchgeführt werden, wie im Folgenden beschrieben wird:
Nachdem der Spannungszwischenkreis-Umrichter 4 des Festdreh- zahl-Antriebs an ein speisendes Netz 6 angeschlossen ist, lädt sich sein Zwischenkreis-Kondensator 12 auf. Sobald dieser aufgeladen ist, wobei - wie bereits erläutert - keine Vorladeschaltung benötigt wird, ermittelt die Steuerung 14 aus dem Verlauf der Zwischenkreisspannung Uzw Amplitude und Frequenz des speisenden Netzes 6. Aus der Amplitude dieser
Zwischenkreisspannung Uzw wird auf die Amplitude des speisenden Netzes 6 geschlossen, da die Zwischenkreisspannung UZw die gleichgerichtete Wechselspannung des speisenden Netzes 6 ist. Da zur Gleichrichtung der Spannung des speisenden Netzes 6, insbesondere eines Drehstromnetzes 6, ein Diodengleichrichter 8, insbesondere in einer so genannten B6-Schaltung, verwendet wird, weist die Zwischenkreisspannung Uzw am Zwischenkreis-Kondensator 12 einen Wechselanteil auf, dessen Frequenz der 6-fachen Netzfrequenz entspricht.
Um die Phasenlage der Spannung des speisenden Netzes 6 bezüglich dieser Zwischenkreis-Schankungen ermitteln zu können, wird ein Kontakt der Schaltvorrichtung 28 geschlossen. Anschließend wird für eine sehr kurze Zeit, beispielsweise lOμs, ein oberes Stromrichterventil Tl, T3 oder T5 korrespondierend zum geschlossenen Kontakt der Schaltvorrichtung 28 geschlossen. Bleibt der zugehörige Umrichterstrom Null, so ist die zugehörige Netzspannung gerade die größte der drei Netzspannungen des speisenden Netzes 6. Ist das nicht so, wird dieser Testpuls zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise 60° el. später, wiederholt. Auf diese Weise wird die Phasenlage der Netzspannung des speisenden Netzes 6 ohne Spannungserfassung ermittelt. Zur Erkennung der Phasenfolge des speisenden Netzes wird diese Sequenz, bestehend aus Schließen eines Kontaktes der Schaltvorrichtung 28, Testsignal auswerten, in einer zweiten Umrichterphase wiederholt.
Nach der Synchronisation sind die Kontakte der Schaltvorrichtung 28 im geöffneten Zustand und der an den Ausgängen 22, 24 und 26 des selbstgeführten Pulsstromrichters 10 angeschlossene permanenterregte Synchronmotor 2 wird mittels des selbstgeführten Pulsstromrichters 10, dessen Stromrichterventile Tl bis T6 von der Steuerung 14 angesteuert werden, auf eine vorbestimmte Festdrehzahl hochgefahren. Die Drehrichtung des permanenterregten Synchronmotors 2 wird aus der zuvor ermittelten Phasenfolge des speisenden Netzes 6 ermittelt. Der Drehzahl-Sollwert der Festdrehzahl des permanenterregten Syn- chronmotors 2 wird aus der Netzfrequenz des speisenden Netzes 6 bestimmt. Das Hochfahren des permanenterregten Synchronmotors 2 entspricht einer Drehzahlregelung von Drehzahl Null auf einen vorbestimmten Drehzahl-Sollwert. Für diese Drehzahlregelung kommen bekannte geberlose Verfahren zum Einsatz. In der Endphase des Hochlaufs wird der permanenterregte Synchronmotor 2 auf eine gemessene oder eine nachgebildete Netzspannung synchronisiert. Sobald der permanenterregte Synchronmotor 2 synchron zur Netzspannung des speisenden Netzes 6 umläuft, werden die Steuersignale für die Stromrichterven- tile Tl bis T6 des selbstgeführten Pulsstromrichters 10 gesperrt und alle Kontakte der Schaltvorrichtung 28 geschlossen. Dies kann für alle Phasen gleichzeitig oder aber nacheinander erfolgen.
Die Kontakte der Schaltvorrichtung 28 bleiben so lange im geschlossenen Zustand, solange der permanenterregte Synchronmotor 2 mit einer vorbestimmten Festdrehzahl betrieben werden kann. Durch die ständige Auswertung der erfassten Zwischen- kreisspannung Uzw bezüglich Amplitude und Rippel-Frequenz wird auf den Zustand des speisenden Netzes 6 geschlossen.
Fällt das speisende Netz 6 einmal aus, so wird dieser Zustand mittels der erfassten Zwischenkreisspannung Uzw erkannt. In diesem Fall werden die Kontakte der Schaltvorrichtung 28 ge- öffnet und der permanenterregte Synchronmotor 2 mittels des selbstgeführten Pulsstromrichters 10 auf dem vorbestimmten Drehzahl-Sollwert gehalten. Kehrt die Netzspannung des speisenden Netzes 6 wieder zurück, wird der permanenterregte Syn- chronmotor 2 auf die wiederkehrende Netzspannung des speisenden Netzes 6 synchronisiert.
Wegen der Schaltvorrichtung 28 wird der selbstgeführte Pulsstromrichter 10 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 4 nur während des Hochlaufs des permanenterregten Synchronmotors 2 verwendet. Deshalb ist die im selbstgeführten Pulsstromrichter 10 des Umrichters 4 entstehende Verlustenergie sehr gering. Zur Entwärmung des selbstgeführten Pulsstromrichters 10 wird deshalb ein wesentlich kleinerer Kühlkörper benötigt, auf den gegebenenfalls ganz verzichtet werden kann. Auf eine Zwangsbelüftung kann ganz verzichtet werden. Das heißt, es wird kein Lüfter mehr benötigt.
In einer zweiten Ausführungsform des Festdrehzahl-Antriebs nach der Erfindung wird gemäß der Figur 2 die Strommessvorrichtung 30 und 32 jeweils in einer Motor-Zuleitung 34 und 36 angeordnet. Ansonsten sind die beiden Ausführungsformen identisch. Durch diese andere Anordnung der beiden Strommessvorrichtungen 30 und 32 wird anstelle des Umrichter-Ausgangs- Stroms der Motorstrom ermittelt. Somit kann die Steuerung 14 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 4 im Betrieb des permanenterregten Synchronmotors 2 auch den Schutz dieses Synchronmotors 2 übernehmen.
In einer weiteren Ausführungsform des Festdrehzahl-Antriebs ist der Spannungszwischenkreis-Umrichter 4 gemäß Figur 3 mit einem Ein-/Ausschalter 38 versehen, der signaltechnisch mit der Steuerung 14 verknüpft ist. Dadurch wird der Hochlauf eines angeschlossenen permanenterregten Synchronmotors 2 nicht automatisch beim Zuschalten eines speisenden Netzes 6 gestartet. Zum Starten des Hochlaufs eines permanenterregten Synchronmotors 2 muss dieser Ein-/Ausschalter 38 betätigt wer- den. Dadurch kann auf ein vorgelagertes Netzschütz verzichtet werden .
Da in allen drei Ausführungsformen des Festdrehzahl-Antriebs nach der Erfindung der Spannungszwischenkreis-Umrichter 4 gegenüber einem handelsüblichen Umrichter wegen eines kleineren Zwischenkreis-Kondensators 12 und einer geringeren Verlustleistung räumlich weniger Platz beansprucht, bilden der per- mamenterregte Synchronmotor 2 und der Spannungszwischenkreis- Umrichter 4 des Festdrehzahl-Antriebs eine Baueinheit. Vorzugsweise wird der Spannungszwischenkreis-Umrichter 4 im Klemmenkasten des permanenterregten Synchronmotors 2 untergebracht, der gegebenenfalls etwas vergrößert ist. Somit erhält man einen permanenterregten Synchronmotor 2 mit integriertem Anlaufgerät.
Durch die erfindungsgemäße Verschaltung einer Schaltvorrichtung 28 in einem handelsüblichen Spannungszwischenkreis- Umrichter 4 erhält man einen Sanftstarter für einen perma- nenterregten Synchronmotor 2. Dadurch erhält man einen Festdrehzahl-Antrieb mit einem hohen Wirkungsgrad, der ebenfalls robust gegenüber einem schwachen Netz ist.

Claims

Patentansprüche
1. Festdrehzahl-Antrieb mit einem permanenterregten Synchronmotor (2) und einem Spannungszwischenkreis-Umrichter (4), der netzseitig einen Diodengleichrichter (8) und motorseitig einen selbstgeführten Pulsstromrichter (10) aufweist, die gleichspannungsseitig mittels eines Zwischenkreis- Kondensators (12) elektrisch parallel geschaltet sind, wobei die wechselspannungsseitigen Anschlüsse (22, 24, 26) des selbstgeführten Pulsstromrichters (10) jeweils mit einer Phase (U, V, W) des permanenterregten Synchronmotors (2) und jeweils mittels eines Kontaktes einer Schaltvorrichtung (28) mit einem wechselspannungsseitigen Anschluss (18, 20, 22) des Diodengleichrichters (8) verknüpft sind, und wobei diese Kon- takte der Schaltvorrichtung (28) signaltechnisch mit einer Steuerung (14) des Umrichters (4) verbunden sind.
2. Festdrehzahl-Antrieb nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der perma- nenterregten Synchronmotor (2) und der Spannungszwischenkreis-Umrichter (4) eine Baueinheit bilden.
3. Festdrehzahl-Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Steue- rung (14) des Umrichters (4) mit einem Ein-/Ausschalter (38) versehen ist.
4. Festdrehzahl-Antrieb nach einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jeder Kontakt der Schaltvorrichtung (28) ein mechanischer Kontakt ist .
5. Festdrehzahl-Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jeder Kon- takt der Schaltvorrichtung (28) ein elektronischer Kontakt ist .
6. Festdrehzahl-Antrieb nach einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass wenigstens zwei Strommessvorrichtungen (30, 32) vorgesehen sind, die jeweils mit einem wechselspannungsseitigen An- Schluss (22, 24, 26) des selbstgeführten Pulsstromrichters (10) elektrisch leitend verbunden sind und die signaltechnisch mit der Steuerung (14) des Umrichters (4) verbunden sind.
7. Festdrehzahl-Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass wenigstens zwei Strommessvorrichtungen (30, 32) vorgesehen sind, die jeweils in einer Motor-Zuleitung (34, 36) des permanenterregten Synchronmotors (2) angeordnet und signaltechnisch mit der Steuerung (14) des Umrichters (4) verbunden sind.
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