DE1951186A1

DE1951186A1 - Drehzahlregelbarer Stromrichtermotor synchroner Bauart

Info

Publication number: DE1951186A1
Application number: DE19691951186
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl-Ing Dr Leitgeb
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-10-07
Filing date: 1969-10-07
Publication date: 1971-04-22
Also published as: GB1287648A; AT301702B; FR2065087A5; CH516890A; JPS4835727B1

Description

Drehzahlregel"barer_Stromrichtermotor synchroner Bäuart_

Es ist bekannt, die Drehzahl elektrischer Maschinen dadurch zu regeln, daß die Speisung der Maschine aus einem mehrphasigen Wechselstromnetz von angenähert konstanter Frequenz und Spannung über steuerbare Stromrichter erfolgt, z.B. über einen hintereinander geschalteten Gleich- und Wechselrichter mit einem Gleichstromzwischenkreis. Ist bei einem derartigen bekannten Stromrichtermotor die elektrische Maschine als-Synchronmaschine ausgebildet, so hat man außerdem den Vorteil, daß die Kommutierungsblindleistung von der Synchronmaschine geliefert wird. Allerdings tritt diese natürliche Kommutierung unter normalen Umständen erst bei Drehzahlen ein, bei denen die Periodendauer der Maschinenströme klein ist gegenüber den Wicklungszeitkonstanten, d.h. im Bereich kleiner und kleinster Drehzahlen findet keine natürliche Kommutierung statt. Man hat daher für diesen Bereich zusätzliche Einrichtungen zur Zwangskommutierung vorgesehen, die aber einen wesentlichen Aufwand bedeuten. Durch die Erfindung soll dieser Aufwand verringert werden.

Bei einem drehzahlregelbaren Stromrichtermotor synchroner Bauart, der aus einem Mehrphasen-Wechselstromnetz von angenähert konstanter Frequenz und Spannung über insbesondere gesteuerte Gleich- und Wechselrichter und einem Gleichstromzwischenkreis gespeist wird, liegt gemäß der Erfindung ein leictungslos schaltender Umschalter zwischen dem Netz und der Stromriehtermaschine, der in der einen Endlage die Verbindung von Netz und Gleichrichter herstellt und in der anderen Endlage die Elemente des Gleich- und Wechselrichters unter Eliminierung des Gleichstromzwischenkreises zu

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einem einphasig gespeisten Stromrichter umgruppiert. Durch diesen leistungsLos schaltenden Umschalter wird zum einen der Normarbetrieb des Stromrichtermotors mit der natürlichen Kommutierung durch die Synchronmaschine, zum anderen im Bereich kleiner Drehzahlen eine Kommutierung der Maschinenströme durch das speisende Netz ermöglicht. Dadurch entfällt im gesamten Drehzahlbereich des Stromrichtermotors eine Zwangskommutierung. ■

Da infolge der vorhandenen gesteuerten Stromrichter das Umfc schalten stets stromlos erfolgt, ist der-Umschalter ein Trennschalter und bedeutet mithin keinen großen Aufwand. Außerdem liegt die Grenzdrehzahl, welche die Umschaltung erforderlich macht, außerhalb des normalen Drehzahlregelbereiehes des Stromrichtermotors, so daß die Betätigung des Umschalters lediglich zur Inbetriebnahme des Motors erfolgt.

Es empfiehlt sich, den Umschalter automatisch auszulösen, da der Umschaltzeitpunkt durch die in der Anordnung vorhandenen Verhältnisse festgelegt ist. Der Umschalter kann z.B. zeitabhängig oder drehzahlabhängig ausgelöst werden.

Im folgenden sei die Erfindung noch an Hand der in den Figuren-P 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch einen für Stromrichtermotoren besonders günstigen Aufbau einer Synchronmaschine, die Fig. 2 bis'4 zeigen Schaltungsmöglichkeiten des Stromrichtermotors gemäß der Erfindung.

Bei einem gemäß der Erfindung ausgeführten dreiphasigen Stromrichtermotor ist die Synchronmaschine 1 als Reluktanzmotor mit wicklungsfreiem Läufer 2 ausgebildet. Dadurch entfallen jegliche Schleifringe oder rotierende (Jleichriehtera-nordnungen. Der läufer 2 ist aus Blechen zusammengesetzt, ebenso wie der Ständer

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Die Maschine ist also entdämpft und kann entsprechend dem gegebenen Aufbau des Gleich- und Wechselrichters sowohl mit Gleichfluß als auch mit WechselfIuS betrieben werden.

Der Ständer 3 der Maschine weist zwei Erregerpo^e 4 mit parallel verlaufenden Flanken 5 auf, die einander gegenüberstehen, so daß sich die Spulen 6 und 7 der Erregerwicklung leicht einlegen lassen. Auch die Montage dex in offene Hüten 8 untergebrachten, dreiphasigen, als Einschichtwicklung ausgebildeten, induzierten Wicklung 9 der Synchronmaschine beieitet keine Schwierigkeit. Die Windungsweist dieser dreiphasigen verteilten Mehrphasenwicklung ist gleich der Breite der Zähne des Läufers 2 gewählt.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 2 dargestellt ist, wird die in Stern geschaltete induzierte Wicklung der Maschine bei normalem Betrieb des Stromrichters, d.h. außerhalb des Anfahrbereiches, ausgehend vom Drehstromnetz 10-über den Gleichrichter 11 und den Wechselrichte· betrieben. Der Gleichrichter 11 und der Wechselrichter 12 sind voll gesteuert in Drehstrombrückenschaltung ausgeführt. Die beiden Spulen 6 und der Erregerwicklung liegen dabei zwischen dem Gleichrichter 11 und Wechselrichter 12 im Gleichstromzwischenkreis. Die Verbindung zwischen dem Drehstromnetz 10 und dem Gleichrichter 11 erfolgt über den Umschalter 13 in der eingezeichneten rechten Endlage. In dieser Schaltung des Stromrichtermotors für den normalen Betrieb wird die Kommutierungsblindleistung, von der Synchronmaschine 1 selbst geliefert. Die Drehzahlregelung erfolgt durch Aussteuerung des Gleichrichters 11.

Zum Anfahren des Stromrichtermotors wird dagegen der Umschalter 13 in die linke Endlage gebracht. Dadurch werden die Elemente des Gleichrichters 11 und des Wechselrichters 12 unter Eliminierung des Gleiehstromzwischenkreises zu einem aus zwei antiparallelen Drehstrombrücken bestehenden Stromrichter umgruppiert. Dieser Stromrichter wird über den Hilfstransformator 14 einphasig aus

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dem Drehstromnetz 1Q gespeist. Die Spulen 6 und 7 der Erregerwicklung liegen nunmehr in Reihe mit je einer der beiden antiparallelen Drehstrombrücken.

I_n dieser Stellung des Umschalters 13 stellt die Anordnung einen Einphasen-Reihenschlußmotor dar, der über den Transformator 14 gespeist wird. Die Kommutierung der Stromrichterelemente erfolgt in dieser Schalterstellung durch das Netz, so daß die Punktionsfähigkeit dieser Anordnung auf jenen Drehzahlbereieh beschränkt ist, in welchem die Rotationsfrequenz der Maschine wesentlich kleiner als die Netzfrequenz ist. Spätestens nach dem Erreichen der dadurch gegebenen Grenzdrehzahl muß dann bei Inbetriebnahme der Maschine die Umschaltung des Umschalters 13 auf die rechte Endlage, d.h. auf die Schaltung für Normalbetrieb des Stromrichtermotors vorgenommen werden. Dieser Umschalter 13 ermöglicht also einen Betrieb des Stromrichtermotors ohne jegliche Zwangskommutierung. _(i

Der bei der Inbetriebsetzungsschaltung vorhandene Transformator 14 für die einphasige Speisung des Stromrichters aus dem Drehstromnetz 10 bedeutet keinen großen zusätzlichen Aufwand, da die Leistung des Transformators nur einen Bruchteil der Motorleistung zu betragen braucht, weil die Umschaltdrehzahl lediglich Bruchteile der Nenndrehzahl der Maschine beträgt.

Das in ^ig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung zur besseren Ausnutzung der Synchronmaschine 1 weist einen * Gleichrichter 11 und Wechselrichter 12 in voll gesteuerter Drehstrombrückenschaltung auf« Diese Anordnung erfordert also eine,:Mindestanzahl von 12 Thyristoren. Für kleinere Leistungen des Stromrichtermotors kann es jedoch vom Gesamtaufwand her gesehen durchaus von Vorteil sein, bei schlechterer Ausnutzung der Synchronmaschine die Anzahl der erforderlichen Thyristoren zu verringern.

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Pig. 3 zeigt eine Schaltung für einen dreiphasigen Stromrichtermotor gemäß der Erfindung, welche die geringste Anzahl von .Thyristoren "benötigt. Der aus dem Drehstromnetz 15 in der rechten Endlage des Umschalters 16 gespeiste Gleichrichter 17 und Wechselrichter 18 bestehen jeweils aus drei in Stern geschaltete Thyristoren. Der Wechselrichter 18 speist die ebenfalls in Stern geschaltete induzierte Wicklung 19 der Synchronmaschine. Die Erregerwicklung 20 ist mit dem Sternpunkt der induzierten v/icklung 19 der Maschine und einem Nulleiter 21 des Netzes 15 verbunden. Diese Anordnung erfordert also einen Nullpunkt des Dreh-Stromnetzes 15·

Zur Inbetriebnahme des Stromrichtermotors wird der Umschalter 16 in die nicht eingezeichnete linke Endlage gebracht. Dadurch wird dem jeweils mit einem Strang der induzierten Wicklung 19 der Synchronmaschine verbundenem Element «des Wechselrichters 18 jeweils ein Element des Gleichrichters 17 parallel geschaltet und alle werden gemeinsam einphasig über den Transformator 22 aus dem Netz 15 gespeist. Die Erregerwicklung 20 liegt dabei in Reihe mit der Sekundärwicklung des Transformators 22.

Pig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem der Gleichrichter 23 aus einer halbgesteuerten Drehstrombrük- " kenschaltung besteht, während der Wechselrichter 24 drei in Stern geschaltete, gesteuerte Stromrichterelemente aufweist. Diese Figur zeigt wiederum den Umschalter 25 in der rechten Endlage für den normalen Betrieb des Stromrichtermotors, während die nicht dargestellte linke Endlage des Umschalters 25 die Schaltung für die Inbetriebnahme der Maschine herstellt. In diesem Pail erfolgt die Speisung wiederum einphasig mit Hilfe des Transformators 26 und die Elemente des Gleichrichters 23 und des.Gleichrichters 24 sind zu einem Stromrichter umgruppiert. .

7 Ansprüche 4 figuren

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Claims

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Patentansgriiche_

C 1 J Drehzahlregelbarer Stromrichtermotor synchroner Bauart, .der aus einem Mehrphasenwechselstromnetz von angenähert konstanter Frequenz und Spannung über insbesondere gesteuerte Gleich- und Wechselrichter und einem Gleichstromzwischenkreis gespeist v/ird, dadurch gekennzeichnet, daß ein leistungslos schaltender Umschalter (13,16,25) zwischen dem Eetz (1O,15) und der Strnmfc richtermaschine (1) liegt, der in der einen Endlage die Verbindung von Hetz (10,15) und Gleichrichter (11,17,23) herstellt und in der anderen Endlage Elemente des Gleich- (11,17,23) und des Wechselrichters (12,18,24) unter Eliminierung des Gleichstromzwischenkreises zu einem einphasig gespeisten Stromrichter umgruppiert.
2. Stromrichtermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (13,16,25) automatisch ausgelöst v/ird.
3. Stromrichtermotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (13,16,25) zeitabhängig ausgelöst wird.
P 4. Stromrichtermaschine nach Anspruch 1 mit vollgesteuertem Gleich- und Wechselrichter in Drehstrombrückenschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen Endlage des Umschalters (13) der Gleich- (11) und Wechselrichter (12) zu einem aus zwei antiparallelen Drehstrombrücken bestehenden Stromrichter umgruppiert ist.
5. Stromrichtermaschine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekenn-

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zeichnet, da!?/einphasige Speisung des Stromrichters aus dem Netz (1O,15) über einen zwischengeschalteten Transformator (14,22,26) erfolgt.

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6. Stronirichteriaasehine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (6,7) der Synchronmaschine (i) in der einen Endlage des Umschalters (13) in- dem Gleichstromzwischenkreis und in der anderen Endlage des Umschalters (13) in Reihe zu dem Stromrichter liegt.
7. Stromrichtermasehine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronmaschine (i) einen wicklungslosen Läufer (2) aufweist und daß die im ruhenden Teil "befindliche induzierte Wicklung (3,19) als verteilte Mehrphasenwicklung ausgebildet ist, deren W-indungsweite gleich der Läuferzahn-"breite ist.

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