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Stromrichtermaschine für steuerbare Drehzahlen Um Wechselstrommaschinen,
im besonderen Asynchronmaschinen, mit steuerbaren Drehzahlen zu betreiben, ist es
bekannt, ihnen über einen Umrichter mit Gleichotromzwischenkreis und Stromforen
steuerbare Frequenzen und Spannungen zuzuführen. Hierfür sind Schaltungen bekannt
geworden, bei denen für die Löschung der Stromtore eine gemeinsame Löschvorrichtung
(Löschkondensator) vorgesehen ist (vgl. Siemens-Zeitschrift 9963, S. 660/667: Bystron
und Pieyer: "Kontaktlose, drehzahlregelbare Umrichtermaschinen für hohe Drehzahlen").
Um auf-höhere Leistungen, bessere Ausnutzung des Umrichters und einfachere Steuersätze
zu
kommen, verwendet man neuerdings statt der Summenlöschung die Einzellöschung, bei
der für die zwei Stromtore je eines Hauptbrückenzweiges ein Löschkondensator vorgesehen
ist, der unter wechselnder Umpolung für jedes der beiden zeitlich nacheinander stromführenden
Stromtore Einzellöschung ermöglicht (vgl. K. Bystron: "Untersuchungen an einem Zwischenkreis-Umrichter
in Brückenschaltung,zur Drehzahlsteuerung von Asynchronmaschinen", DisÜ. Braunschweig
1965). Bei den bekannten Schaltungen dieser Art werden außer den beiden Drehstroirbrücken
der Hauptstromtore und der Löschstromtore noch eine Drehotrombrücke mit Freilauf-
oder Blindstromgleichrichter benötigt sowie eine der Zahl der Hauptstromtore entsprechende
Zahl von Stromviendedrosselspulen.
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Die vorliegende Erfindung zeigt nun, hie man diese bekannte Schaltung
vereinfachen kann, indem die Preilaufglei.chrich terbrücke und die Strormrendedrosselepulen
wegfallen. Die Aufgabe der Freilaufgleichrichter wird von den noch stromführenden
Hauptetromtoren und die der Strowjendedroneelepulen für die Umladung der Löschkondensatoren
von der jeweils stromwendenden Phase übernommen. Auf diese Weise gelingt es unter
Mitwirkung der Löschkondensatoren, die freiilrerdende magnetische Feldenergie der
stromciendenden Phase an eine der noch stromführenden Nachberphasen weiterzugeben,
deren Strom außerdem noch im Zunehmen begriffen ist, so daß die freiwerdende Energie
auf natürliche Weise untergebracht werden kann.
| >;er Erfindungsgedanke soll an Hand einiger Ausführungsbei- |
| :;r@ ele näher erläutert vierden. |
| In hig. 1 bezeichnet 1 einen Drehstrommotor mit den drei |
| St:änderphasen 2, '>, 4 und dem Kurzschlußläufer 5. Der Motor |
| %eir-d über eine Stroaitorbrücke, bestellend z.B. aus den Siliziurr.- |
| otrorritoi-en 6,7,8,9,10,11,aua einer Gleichstromquelle mit
dem |
| Pluspol 12 und deal Nimuspol 13 so gespeist, daß in ihm ein |
| Drctlfeld entsteht. Die Gleichstror<iquelle wird über die
Strom- |
| richterbrücke 14- aus dem Drehotromnetz 15 gespeist. Der Gleich- |
| Strom wird durch die beiden Drosselspulen 16, 17 und den |
| Kondensator 18 geglättet. Außer der Hauptstromtorbrücke
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| irrt noch eine ZUsch-Stromtorbrücke, bestellend aus den Strom- |
| ,Loren 19, 20, 21, 22, 23, 24, vorhanden, und außerdem sind
die |
| einander zugeordneten Zweige der-beiden Brücken durch I,ösc |
| kondensatoren 25, 26, 27 und gegebenenfalls durch Zusatz- |
| drosselspulen 28, 29, 30 überbrückt. Die beiden Stromtorbrücken |
| sind an die Gleichstromquelle 12, 13 angeschlossen. |
| iie Anord;zung wirkt folgendermaßen: Die Stromtore 7, 9 und
11 |
| -:-J en gcüffnet, die anderen alle geschlossen. Demgemäß führen |
| Phase 2 den vollen, die Phasen 3 und 4 den halben
Strom. |
| :--ei der obere Belag de; Kondensators 25 positiv, der |
| untere negativ geladen, was z.B. dadurch bewirkt wird, daß
vor |
| (jer Inbetriebnahme des Motors die Stromtore 9 und 19 freigegeben |
| und dann wieder gesperrt werden. In der gleichen ''-'eise ist
der |
Kondensator 2? durch Öffnen der Stromtore 11 und 21 aufgeladen,
während der Kondensator 26 durch die Stromtore 10 und.20 entgegengesetzt gepolt
ist. Der Strom 1 4 in der Phase 4 soll nun gelöscht vierden, so da. nur noch die
Durchflutungen der beiden Phasen 2 und 3 vorhanden sein sollen. Zu diesem Zvieck
wird das Löschstromtor 22 freigegeben. Der Strom IC bringt zunächst als Strom IC
I den Strom I4 im Stromtor 9 zum Erlöschen, wobei die gegebenenfalls erforderliche
Zusatzdrosselspule 28 ein zu schnelles Löschen des Stromes im Stromtor 9 verhindert.
Da der Strom 1 4 aber aus der Vlicklung 4 nicht sofort verschwinden kann - er muß
kurzzeitig als eingeprägter Strom gelten - wird er vom Kondensator 25 als Strom
IC II (gestrichelt angedeutet) übernommen und über 22, 11, 3, 4, 28, 25 vieitergeführt.
Der Kondensator 25 ist dazu ohne vieiteres in der Lage, da er zum völligen Löschen
des Stromtores 9 mindestens einen Strom von der Größe von 1 4 führen muß. In der
Wicklung 3 wirkt der Kondensatorstrom IC II dem Strom 1
3 entgegen, der Gesamtstrom
muß aber .in dieser Vicklung wegen des mit ihn verketteten Flusses zunächst erhalten
bleiben. Der Strom 1
3 wächst daher sprunghaft auf den doppelten Werkt I3
an, so daß nach Abzug von IC II der bisherige Strom 1
3 und der mit ihm verkettete
Fluß einschließlich Streufluß bestehen bleiben. Im ersten Augenblick sind daher
die StrUme und Flüsse in den Ericklungen des Motors unverändert. Dies ist in Fig.
1a für die Wicklung 3 dargestellt. Der verdoppelte Strom 13 wird durch den Strom
IC II auf den vorherigen Wert 1
3 zurückgeführt.
In dem Mr:ße,
in dem nun die positive Ladung vom oberen Belag -des Kondensators 25 abfließt und
der noch viciterfließende Strom IG II bzw:.I4 den Kondensator umladet, wird I4 schließlich
zu Null, und das Löschstromtor 22 erhält viieder Sperrwirkung.
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Da. das Hauptstromtor 9 schon vorher gesperrt wurde, ist der Kondensator
25 mit entgegengesetzter Polarität löschbereit, um zu einem späteren Leitpunkt das
dann stromführende Stromtor 6 zu löschen. Da der Kondensator 25 vom Belastungsstrom
geladen und umgeladen "wird, ist seine Löschvirkung stromabhängig, wie es auch sein
soll.
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Im gleichen Maße, in dem der Strom 1 4 in der flieklung 4 abnimmt
und schließlich zu Null wird, nimmt der Strom I3. in der Wicklung 3 zu, bis er schließlich
gleich dem Strom 12 wird. Die in der Wicklung, 4 nach dem Löschen des Stromtores
9 freigevrordene magnetische-Energie ist über den Kondensator 25 der Wicklung 3
zugeführt worden, die nach dem Anwachsen des Stromes 1 3 mit einem entsprechend
größeren Fluß Streufluß verkettet ist. Gleichzeitig wird dabei der Löschkondensator
25 belastungsstromabhängig umgeladen. Man kann sich das Nullwerden des Stromes 14
auch so erklären, daß nach der Löschen des Stromtores 9 die Phase 4 des Motors in
dem Stror, kreis 12, 7, 2, 4, 28, 25, 22, 13 liegt, die Phase 3 dagegen in dem Stromkreis
12, 7, 2, 3, 11, 13. Während also der Strom 1 3 - von der Spannung zwischen
12 und 13 getrieben - außer in den Phasen 2 und 3 in seinem Stromkreis keine weiteren
Widerstände und Gegenspannungen vorfindet und frei abfließen kann,
stößt
der Strom 1 4 in seinem Stromkreis auf die vjachsende Gegenspannung des Kondensators
25, die ihn schließlich zu Null werden läßt. , Soll eine, der ctromtore der linken
Hauptbrückenhölfte gelöscht vierden, so verläuft der Löschvorgang in gleicher Weise.
Die Stromtore 6, 7, 11 seien z.H. geöffnet, so daß 1 3 den vollen Stromwert
und 1 2 und 1 4 den halben Wert haben und es soll bei Linkslauf das Stromtor 7 gelöscht
vierden. Durch Freigabe des Lösehstromtores 20 wird zunächst das Stromtor 7 gelöscht
und 12 fließt dann weiter über die Phase 4 (Strom 1 4 fließt jetzt entgegengesetzt
wie in Pig. 1)über 6, 20, 26, 29, 2, und die Phase 2 gibt dabei ihre Feldenergie
an die einen zunehmenden Strom führende Phase 4 ab. Der Strom Ig kann auch auf 1'ieg
2, 3, 11 , 13, 12', 20, 26, 29 Weiterfließen, Zoobei er infolge der wachsenden Gegenspannung
des Kondensators 26 schnell auf Null abnimmt, wonach 20 viieder gesperrt werden
kann.
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Hei den bisherigen Schaltungen wurde die freivierdende magnetische
Energie einer oder mehreren besonderen Stromviendedrosselspulen zugeführt und dann
zur Umpolung des oder der Löschkondensatoren verwendet.
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Nach dem S tromloswerden der Wicklung 4 kann bei Linkslauf das Stromtor
6 etwa 60o später gezündet vierden, worauf dann das Stromtor 7 gelöscht wird usw.
iyl:in
kann nun die drei Zusatzdrosselspulen 28, 29, 30 aus dem KI-cis der Löschkondensatoren
herausnehmen und statt ihrer eine `;eiaeirisarae@ Drosselspule in den Gleichstromkreis
zwischen Haupt- und Li-schstromtorbrücke legen. Man kommt dann mit zwei Wicklungen
aus, die man auf einem gemeinsamen magnetischen Kreis so unterbringt, daß sich die
Gleichstromdurchflutungen aufheben. In rig. 2 ist dies durchgeführt. Anstelle der
drei Drosselspulen 2£3, 29, 30 von rig. 1 ist hier eine einzige Drosselspule 32
mit zwei Wicklungen 32, 33 vorhanden. Die Wicklungen sind gleichsinnig auf einem
gemeinsamen magnetischen Kreis z.B. auf dem Mittelschenkel eines Mantelumspannerkerns
angeordnet'. Tie Wicklung 32 wird von dem von der Plus-Klemme 12 kommenden S--rom
I von oben nach unten durchflossen, die 1'licklung 33 von dem zur Minus-Klemme 13
zurückfließenden Strom I -ion unten' nach oben. Bei gleicher Windungszahl heben
sich demnach beide Durchflutungen auf. Wird nun das-Zöschstromtor 22 zur Löst. des
Stromtores 9 freigegeben, so muß der Löschstrom über die Wicklung 33 fließen. In
der Vlicklung 33 war vor der Freigabe des Löschstronrtores 22 die Eurchflutung entgegengesetzt
gleich der del, VYicklung 32. In dem Maße, in dem der Löschstrom in der Wicklung
33, von oben nach unten fließend, zunimmt, wird die Durchflutung dieser Vlicklung
kleiner als die von 32, so :a:.- ;,ich in der Drosselspule 31 ein Fluß ausbilden
kann, der Q_ine zu große Änderungsgeschwindigkeit des Stromes im Strorr.-tor 9 verhindert.
Die Drosselspule 31.erhält dafür zweckmäßig einen Luftspalt. Die Wicklung 33 begrenzt
den Stromanstieg Für alle S trorntore auf der rechten Seite der beiden Brücken,
die
Wicklung 32 desgleichen auf der linken Seite. Man erreicht dadurch den besonderen
Vorteil, daß der Strom der stromwendenden Phase z.B. der Phase 4 nach dem Löschen
den Stromtores 9 sofort über den Kondensator 25 und das Stromtor 22 zurück zur Klemme
13 weiter fließen kann, bin die steigende Gegenspannung des umgepolten Kondensators
den Strom 14 zun Erlöschen brirgt. Bei der Schaltung nach Fig. 1 viar hierbei die
Zusatzdrosselspule 2£i störend.
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Tig. 3 zeigt den Erfindungsgedanken angeviendet auf einen fünfphasig
gespeisten Motor. Der Motor 1 kann dabei ebenso tvic in Fig. 2 eine geschlossene
Wicklung huben, die fünfphasig angezapft ist. Dementsprechend bestehen Haupt- und
Lönchstromtorbrücken aus je zehn Stromtoren mit 5 Brückenzweigen. Zwischen den beiden
Brüchen liegen die Löschkondensatoren. Die Zusatzdrosselspule 31 zur Begrenzung
der Stromänderungsgeachlrindigkeit ist vrieder zwischen die beiden Brücken geschaltet.
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Statt mit einem Kurzschlußläufer kann man den Motor auch mit einem
einachsig kurzgeschlossenen Läufer ausführen und als Repulsion-Motor,betreiben.
Die Stromtore müssen dann aber, viie dies bereits bekannt ist, von einer mit der
Welle des Motors gekuppelten Vorrichtung gesteuert werden, damit der eingestellte
Winkel zwischen Läuferdurchflutung und Ständerdurchflutung erhalten bleibt.
Man
kann im Läufer des Motors auch eine mit Gleichstrom erregte Wicklung unterbringen
und den Läufer ebenfalls mit einer auf der Welle angebrachten Steuer-Vorrichtung
versehen, rodurch er das Verhalten eines Gleichstrommotors erhält. Fig. 4 zeigt
eine solche Anordnung zum Betreiben von zwei derartigen Motoren 1 und 1a -an einer
Arbeitsmaschine, bei einem 'ahrzeug usw. Die beiden Erregerwicklungen 34 und 34a
vrerden in Parallelschaltung in bekannter Weise über ein mit Löschvorrichtung arbeitendes
Stromtor 35 und eine Freilauf zelle 36 steuerbar erregt. Die Ständerwicklungen zierden
mit je einer Stromtoranordnung vrie in Fig. 2 mit Drehstrom steuerbarer Frequenz
und Spannung gespeist. Steuert man die Erregung abhängig vom Belastungsstrom, so
kann man bei den Motoren Hauptntromverhalten erzielen. Polt man die-Anschlüsse der
Gleichrichterbrücken zum Gleichstromnetz um und gibt alle Hauptstromtore frei, so
kann man generatorisch auf das Netz zurückarbeiten und bremsen.
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Bei den bisherigen Ausführungsbeispielen war angenommen vaorden, daß
die der Stromrichtermaschine zugeführte Spannung etwa verhältnisgleich der Drehzahl
gesteuert wurde. Eine Ausnahme ist bei dem Betrieb der Maschine als Repulsionmotor
möglich, die auch mit gleichbleibender Spannung gspeist irerden kann.-r4an kann
die Stromriehtermaschine aber-auch aus einer Gleichstromquelle konstanter Spannung
im Pulsbetrieb fahren. Dies ist in fig. 4 angedeutet. Die Klemmen 12, 13 der Umrichtermaschine
vierden aus einem Gleichstromnetz 37, 38 konstanter Spannung.-mittels
eines
löschbaren Stromtores 39 und einer Freilauf-Zelle 4.0 mit Stromimpulsen gespeist.
Die beiden Brücken mit den Haupt- und Löschstromtoren schalten dann die VYicklungsachsen
der Motoren 1 und 1a entsprechend der gewünschten Drehzahl weiter.