DE2035995C3 - Electronic commutation device fiif windings of an electrical machine connected in series with thyristors to one pole of a direct current source - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Kommutierungseinrichtung für in Reihe mit Thyristoren an einen Pol einer Gleichstromquelle angeschlossene Wicklungen einer elektronischen Maschine, mit zwei weiteren über Kommuticrungskondensatorcn löschbaren Hauptthyristoren, die mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden sind und die abwechselnd jeweils zusammen mit einem der in Reihe mit einer Wicklung liegenden Thyristoren durchlässig steuerbar sind. Eine derartige elektronische Kommutierungseinrichtung ist aus der deutschen Auslegeschrift I 208 803 bekannt.The invention relates to an electronic commutation device for in series with thyristors Windings of an electronic machine connected to one pole of a direct current source, with two further main thyristors, which can be erased via commutation capacitors, connected to the other Pole of the DC voltage source are connected and which alternate each together with one of the series with a winding lying thyristors are permeable controllable. Such an electronic commutation device is known from the German Auslegeschrift I 208 803.

In der deutschen Patentschrift 1240 908 ist ein Gleichstrommotor beschrieben, dessen Wicklungen Pber Transistorschaltkreise in Abhängigkeit vrn rotorstellungsabhSngigen Signalen einer Ansteuerschaltung zyklisch nacheinander von einem Gleichstrom beaufschlagt werden. Man könnte nun der in dieser Patentschrift gegebenen Anregung folgen und die Transistoren ersetzen unter gleichzeitiger Verwendung geeigneter Löschschaltungen. Eine geeignete Löschschaltung würde beispielsweise in einem jedem den Wicklungsstrom führenden Thyristor zugeordneten Löschthyristor bestehen, welcherdann durchlässig gesteuert wird, wenn der Hauptthyristor den Strom sperren soll. Fine derartige Anordnung würde zu einem recht erheblichen Aufwand an Thyristoren und Kommutierungskondensatoren führen. In the German patent specification 1240 908, a direct current motor is described, the windings of which are fed cyclically one after the other by a direct current via transistor circuits as a function of signals from a control circuit that depend on the rotor position. One could now follow the suggestion given in this patent specification and replace the transistors with the simultaneous use of suitable cancellation circuits. A suitable quenching circuit would consist, for example, in a quenching thyristor assigned to each thyristor carrying the winding current, which thyristor is then controlled to be permeable when the main thyristor is to block the current. Such an arrangement would lead to a very considerable outlay on thyristors and commutation capacitors.

In der obengenannten deutschen Auslegeschrift 1 208 803 ist ein Stromrichtermotor beschrieben, der mit einer Einrichtung zur Zwangskommutierung versehen ist. Hierfür ist den Eingängen eines Wechselrichters jeweils ein Thyristor vorgeschaltet, der zur Kommu tierung der Stromrichterventile des Wechselrichten gelöscht werden muß. Um eine Belastung dieser Hauptthyristoren und ein Lücken des Stroms an Verbraucher zu vermeiden, können auch mehrere Hauptthyristoren parallel geschaltet sein. Dabei ist jedem Hauptthyristor eine gesonderte Löscheinrichtung zugeordnet, die in aufwendiger Weise jeweils aus einem Stromwandler, einem Löschkondensator, einer Induktivität und einem weiteren Thyristor aufgebaut ist. Trotz dieser aufwendigen Kommutierungsschaltung muß wegen der Verwendung des Anodenstromwandlers im Lastkreis vor einem neuerlichen Zünden eines Hauptthyristors eine stromlose Pause eingelegt werden. Eine Steuerung dieses Stromrichtermotors in hohen Drehzahlbereichen stößt daher auf Schwierigkeiten, da die Hauptthyristoren erst nach längerer Zeit wieder gezündet werden können. In the German Auslegeschrift 1 208 803 mentioned above, a converter motor is described which is provided with a device for forced commutation. For this purpose, a thyristor is connected upstream of the inputs of an inverter, which must be deleted to commu the converter valves of the inverter. In order to avoid a load on these main thyristors and a gap in the current to consumers, several main thyristors can also be connected in parallel. Each main thyristor is assigned a separate quenching device, which is constructed in a complex manner from a current transformer, a quenching capacitor, an inductance and a further thyristor. Despite this complex commutation circuit, because of the use of the anode current transformer in the load circuit, a currentless pause must be inserted before a main thyristor is re-ignited. A control of this converter motor in high speed ranges therefore encounters difficulties, since the main thyristors can only be re-ignited after a long time.

Beispielsweise aus der französischen Patentschrift 1 448 909 oder der schweizerischen Patentschrift 475 667 ist es bekannt, bei einer elektrischen Maschine eine Kommutierungseinrichtung mit ihasenfolgelöschung vorzusehen. Dabei sind die Anoden oder Kathoden zweier im zyklischen Turnus nacheinander durchlässig zu steuernder Thyristoren jeweils mittels eines Kommutierungskondensator.s verbunden, so daß der Thyristor der jeweils zuzuschaltenden Wicklung gleichzeitig als Löschthyristor der abzuschaltenden Wicklung verwendet ist. Bei dieser Kommutierungscinrichtung ist zwar eine etwas geringere Anzahl von gesteuerten Halbleiterventilen erforderlich, durch die Ringschaltung der Kommutierungskondensatoren entstehen aber im Laufe eines Umschaltzyklus Spannungen an den einzelnen I hyristoren. welche beträchtlich höhere Werte annehmen, als man es auf Grund der in einer Motorwicklung gespeicherten Energie zu erwarten hat. Ein weiterer Nachteil ist bei diesen bekannten Anordnungen darin zu sehen, daß die einzelnen Kommuticrungskreise der Thryistorcn nicht voneinander entkoppelt sind.For example from the French patent specification 1 448 909 or the Swiss patent specification It is known from 475 667 to have a commutation device with phase sequence deletion in an electrical machine to be provided. The anodes or cathodes of two are permeable one after the other in a cyclical cycle to be controlled thyristors each connected by means of a Kommutierungskondensator.s so that the Thyristor of the winding to be switched on at the same time as the quenching thyristor of the winding to be switched off is used. In this commutation device there is a somewhat smaller number of controlled Semiconductor valves required, created by the ring circuit of the commutation capacitors but in the course of a switching cycle voltages at the individual I hyristors. which are considerable Assume higher values than one would expect based on the energy stored in a motor winding has. Another disadvantage of these known arrangements is that the individual commutation circuits the thyristors are not decoupled from one another.

Es besteht die Aufgabe, eine Einrichtungder eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln so aufzubauen, daß eine problemlose strom- bzw. drehzahlabhängigc Steuerung der Kommutierung möglich ist.The task is to set up a facility of the type mentioned above with simple means in such a way that that a problem-free current- or speed-dependent control of the commutation is possible.

Erfindiingsgcmäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wicklungen zur Hälfte jeweils an einem der Hauptthyristoren liegen, daß diese zwei Hauptthyristnren anöden- oder kathodcnscitig an einen gemeinsamen Koinmuticriingskondcnsalor angeschlossen sind und daß den Hauptthyristoren über jeweilsAccording to the invention, this object is achieved by that half of the windings are connected to one of the main thyristors, that these two main thyristors anode or cathode to a common Coinmutation condenser connected are and that the main thyristors over each

eines kollektorlosen Gleichstrommotors I mit einem permanentmagnetischen Rotor 2 zyklisch an eine Gleichstromquelle zu schalten und den. Motorstrom/ von einer Wicklung auf die ihr in UmfangsriUuung folgende zu kommutieren. Die Gleichstromquelle kann z. B. in einer Brückenschaltung 3 aus vier Thyristoren, welche aus einem mit U ~ bezeichneten Wechselstromnetz gespeist ist. Die Ausgangsleitungen dieser Brückenschaltung sind über eine NuHanode4 ver-a brushless direct current motor I with a permanent magnetic rotor 2 to switch cyclically to a direct current source and the. Motor current / to commutate from one winding to the one following it in the circumferential direction. The DC power source can e.g. B. in a bridge circuit 3 made of four thyristors, which is fed from an alternating current network denoted by U ~. The output lines of this bridge circuit are connected via a NuHanode4

eine Diode ein einen Enilailesiromkreis aufweisender zusätzlicher Kondensator parallel geschaltet ist.a diode one having an Enilailesiromkreis additional capacitor is connected in parallel.

Bei der erfindungsgemälten Kommutierungseinrichtung wird die jeweilige Stromschaltung von einer Wicklung auf die bezüglich der Stromführung dieser nächstfolgenden mittels einer zentralen Kommutierungseinrichiung erreicht. Spannungsüberhöhungen durch Verkopplung der einzelnen Kommutierungskreise sind dadurch vermieden, und der Aufwand an urucKciisuuciiiuiiB a.··" »-— -···- -. Kommutierungsmilieln ist äußerst gering. Die durch _l0 bunden, in ihrem Ausgangsstromkreis Jen Kommutierungsvorgang bedingte Blindleistung tungsdrossel 5 so grolkr Induktivität, daß der^Motor verursacht prinzipiell eine schlechte Geräteausnutzung. strom bei einer bestimmten Aussteuerung£er Bmto Sie kann auf ein Minimum reduziert werden, wenn der thyristoren im wesentlichen konstant ist. Uj? Aussie:uc Kommutierungskondensator so bemessen wird, daß rung der Brückenthyristoren erfolgt über^einen die Zeit negativer Anoden-Kathodenspannung am je- ,₅ Steuersatz 6, welcher seinersei^ vom Ausgang^signai weils gelöschten Thyristor der zentralen Kommutie- eines Drehzahlreglers 7 beaufschlagt ist,deme.n rungseinrichtung bis auf den Wert seiner Freiwerdezeit verringert ist. Da die Kapazität des Kommutierungsfcondensatorsauch die maximale Spannung in dem von ihm und der Streuinduktivität der jeweilig mit ihm in Reihe eeschalteten Wicklung gebildeten Schwingkreise bestimmt, /eigt sich jedoch, daß bei üblichen Werten «lie vorstehende Dimensionierung zu Spannungen führt, welche die Blockier- oder Sperrspannungen derIn the case of the commutation device according to the invention, the respective current switching from one winding to the next following one with respect to the current conduction is achieved by means of a central commutation device. Excess voltages by coupling of the individual commutation circuits are avoided, and the effort to urucKciisuuciiiuiiB a ·· "." - - ··· - -.. Kommutierungsmilieln is extremely low The prohibited by _l0, conditional on their output circuit Jen commutation reactive power tung throttle 5 so Large inductance, that the ^ motor in principle causes poor device utilization.current at a certain level control £ er Bmto It can be reduced to a minimum if the thyristor is essentially constant Bridge thyristors takes place via ^ a time negative anode-cathode voltage at each, ₅ control set 6, which its own thyristor of the central commutation of a speed controller 7, which is cleared by the output ^ signals, is activated, the control device reduced to the value of its idle time Since the capacitance of the commutation capacitor is also the maximum voltage ng is determined in the resonant circuits formed by it and the leakage inductance of the respective winding connected in series with it, but it does happen that with usual values the above dimensioning leads to voltages which the blocking or blocking voltages of the

f ppgf ppg

Thyristoren meist erheblich überschreitet. Dies gilt in besonderem Maße für Thyristoren kleiner 1 reiwerdcy.eit. welche sich sehr gut zur Verringerung der Blindleistung eignen wurden, wobei noch erschwerend hinzukommt, daß gerade diese Thyristoren gegenüber sol-Thyristors usually significantly exceeds. this applies especially for thyristors smaller than 1 reiwerdcy.eit. which works very well for reducing reactive power were suitable, which makes it even more difficult that it is precisely these thyristors that should

eines LJicii£aiiui-gi>-i j / ^₁-. _D. of a LJicii £ aiiui-gi> -ij / ^ ₁ -. _D.

zahlsollwert/ι* sowie der von einer mit dem Rotor 2 des Gleichstrommotors 1 gekuppelten Tachodynamo8number setpoint / ι * as well as that of one with the rotor 2 of the DC motor 1 coupled speedometer 8

gewonnene Istwert η zugeführt ist.obtained actual value η is supplied.

ίο Im Bereich des permanen'.magnetischen Rotors 2 sind um 90 versetzt gegeneint. ^:der zwei magnetfeldemptindliche Stellungsdetektoren 9 und 10, wie z. B. Hallsonden oder Feldplauen. ortsfest angeordnet, deren Ausgangssignale einer mit 11 bezeichneten Aus-ίο In the area of the permanent magnetic rotor 2 are offset by 90 against each other. ^: the two magnetic field-sensitive position detectors 9 and 10, e.g. B. Hall probes or Feldplauen. stationarily arranged, the output signals of which have an output signal marked 11

wenschaltung zugeführt sind. Diese Auswertschaltung liefert rotorstellungsabhängige mit Sl bis S4 bezeichnete Gleichstromsignale. welche bei Drehung des Rotors aufeinanderfolgend jeweils während einer Viertelumdrehung des Rotors anstehen Eine derartige Aus-switching are supplied. This evaluation circuit supplies rotor position-dependent designated Sl to S4 DC signals. which when the rotor rotates successively during a quarter turn of the rotor pending such an

kommt. daÜ gerade diese thyristoren gegenüber soi- umurciiung u« .^v,. ο „..^..-... -■ _comes. that it is precisely these thyristors in relation to so-umurciiung u «. ^ v,. ο ".. ^ ..-... - ■ _

inen m,t groL Frei verdezeiten eine Meine Blockier- 30 »einrichtung ,st ζ B aus der deutsch η P^entscinen m, t large vacant time a my blocking device, st ζ B from the German η P ^ entsc

spannung aufweisen. Durch den I'arallelkondensator und den ihm zugeordneten Entladestromkreis wird erreicht, daß in der Zeit bis zur Wiederkehr der positi\en Spannung an der Anoden-Kathodenstrecke des üe-show tension. Through the parallel capacitor and the discharge circuit assigned to it is achieved that in the time until the return of the positive Voltage at the anode-cathode path of the

i 240 980 bekannt und besteht im wesentlichen aus einer bistabilen Kippstufe, einem nachgeschalteten Register sowie 4 Lnd-Gatter. welche von den Ausgangssignalen der bistabilen Kippstufe und des Re-i 240 980 known and consists essentially of a bistable multivibrator, a downstream Register and 4 Lnd gates. which of the output signals of the bistable multivibrator and the re-

^ gailüssipian-ii v^i K.o-.u..... _rr- ^ V ^ i-ii gailüssipian co-.u _rr ..... -

löschten Hauptthyristors lediglich der mit Rücksicht 35 gisters beaufschlagt sind. Die Ausgangssignale Sl bis auf eine möglichst geringe Blindleistung dimensionierte S4 werden nun direkt den Steuerstrecken von Thyristo-Kommutierungskondensator wirksam ist. während die- ren p\ bis p4 zugeführt, welche in Reihe mit den ihm sein nach Wiederkehr der positi\en Anoden-Katho- zugeordneten Ständerwicklungen wl bis α4 mit dem denspannung selbsttätig ein weiterer Kondensator positiven Pol der Gleichstromquelle 3 verbunden sind, parallel zugeschaltet wird, durch dessen beliebig wähl- 40 Die Ausgangssignale Sl und S3 bzw. S2 und S4 sind bare Kapazität sich die dann einstellende Blockier- weiterhin über zv.ei Oder-Gatter 12 bzw. 13 den Steuerspannung innerhalb zulässiger Grenzen halten läl.U. strecken zweier weiterer Thyristoren p5 und pt) zuge-Vorteilhaft ist es gemäß weiterer Ausgestaltung der führt, so daß mit dem Zuschalten einer Wicklung Erfindung, wenn eine stromabhängige Entladung dieses durch Leitendsteuern einer der Thyristoren p\ bis p4 cleared the main thyristor only with respect to 35 gisters are applied. The output signals S1 except for the lowest possible reactive power dimensioned S4 are now directly effective in the control path of the thyristor commutation capacitor. while those p \ to p4, which are connected in series with the stator windings wl to α4 assigned to it after the return of the positive anode-cathode with the voltage, a further capacitor positive pole of the direct current source 3 is connected in parallel 40 The output signals S1 and S3 or S2 and S4 are face capacity, the blocking then setting itself continues to keep the control voltage within permissible limits via two OR gates 12 and 13, respectively. stretch two further thyristors p5 and pt) added -It is advantageous according to a further embodiment of the leads, so that with the connection of a winding invention, when a current-dependent discharge of this by conducting control of one of the thyristors p \ to p4

' eine 45 gleichzeitig über die zentrale Umschalteinrichtung,'' a 45 at the same time via the central switching device,

welche aus den beiden Thyristoren p5 und pb sowie denwhich from the two thyristors p5 and pb and the

Parallelkop.densators stattfindet. Damit kann stromabhängige Führungder Komnuitierung^spannung in dem Sinn erreicht werden, daß abhängig von der Höhe des gerade zu k«.fnmutierenden Gleichstromes die Wiederkehr der posith en Spannung an dem jeweils gelösten Thyristor der zentralen Kommutierungseinrichtung stets zum selben Zeitpunkt, vorzugsweise genau nach dessen Freiwerdezeit, erfolgt, so daß mit der erfindungsgemäßen Komm ulier ungseinrich lung stets die minimal erforderliche Blindleistung benötigt wird.Parallelkop.densators takes place. This enables current-dependent management of the voltage can be achieved in the sense that, depending on the level of the direct current to be mutated, the Return of the positive voltage at the released thyristor of the central commutation device always at the same point in time, preferably exactly after its free time, so that with the Communication device according to the invention always the minimum required reactive power is required.

weiciicausutiit'^nj,-.. ...... ^. ^ . ,weiciicausutiit '^ nj, - .. ...... ^. ^. ,

ihre Anoden verbindenden Kommutierungskondensator 14 besteht, der der vorher stromführenden. Wicklung zugeordnete Thyristor gelöscht wird, im Laufe eines LmschaltzyUus werden daher nacheinander fürtheir anodes connecting commutation capacitor 14 is that of the previously current-carrying. Winding assigned thyristor is deleted, in the course of a LmschaltzyUus are therefore one after the other for

eineone

Drehrichtung f<ilgende Thyristorpaare gezündet:Direction of rotation of the thyristor pairs ignited:

p\. p5: ρ 2. pb: pi. ρ 5: ρ A. pb. p \. p5: ρ 2. pb: pi. ρ 5: ρ A. pb.

Jedem de. beiden Thyiistoren ^5 und pb der /entra-Every de. two thyiistors ^ 5 and pb the / entra-

die minimal ciiuiucuiiui υιι..^.,., ,,„,,_& ., _. len Kommutierungseinrichtung ist über je eine Diodethe minimal ciiuiucuiiui υιι .. ^.,., ,, ",, _& ., _. len commutation device is via a diode each

Das gleiche Ziel kann beider Kommutierung der Wick- 55 15 h/_w. 16 der Kondensator 17 parallel geschaltet, der lungsströme eines Gleichstrommotors, der mit ver- sich über '-ine Glättungsdros^el 18 und einen vom änilerburer Drehzahl betrieben wird, erreicht werden. Wechselstromnetz L - geführten Wechselrichter 19The same goal can be achieved when commutating the 55 15 h / _w. 16 the capacitor 17 is connected in parallel, the flow currents of a direct current motor, which is operated with ver via '-a smoothing throttle 18 and a speed from the änilerburer, can be achieved. AC grid L - guided inverter 19

^r-'"- entladen kann. Der Wechselrichter 19 besteht wiederum aus vier Thyristoren in Brückenschaltung, deren 60 Steuerstrecken mit den Ausgangs Signalen eines Steuersatzes 20 verbunden sind. Der Steuersatz. 20 wird von der Ausgangsgröße eines Stromreglcrs 22 beaufschlagt. Dem Stromregler ist als Istwert eine dem Wechsel- ^r - '"-.... may be discharged, the inverter 19 in turn consists of four thyristors in the bridge circuit, the 60 control lines are connected to the output signals of a control set 20. The control block 20 is acted upon by the output of a Stromreglcrs 22 to the current regulator as an actual value an alternating

■■-- nehterauskangsstrom und damit, ein dem Fntlade-■■ - next output current and thus, an unloading

Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 wird der strom /, der Kondensatoren 14 und 17 proportionaler elektronische Kommutator bei einem drehzahlgeregel- ⁵ Größe zuceführt. welche von einem Ausgangsstromten Gleichstromantrieb verwendet und dient dazu, die wandler 31 gebildet wird und der noch ein Gleichrichvier um 90' versetzten Ständerwicklungen ivl bis u4 ter 32. insbesondere ein Vollwellengleichrichter. sowieIn the embodiment according to FIG. 1 the current /, the capacitors 14 and 17 proportional electronic commutator with a speed-controlled ⁵ variable is supplied. which is used by an output-powered direct-current drive and serves to form the converter 31 and the still a rectifying four stator windings ivl to u4 ter 32, offset by 90 '. In particular a full-wave rectifier. such as

wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Entladung des Parallelkondensators auch noch drehzahlabhängig beeinflußbar ist.if, according to a further embodiment of the invention, the discharge of the parallel capacitor also can still be influenced as a function of the speed.

Die Erfindung samt ihren weiteren Ausgestaltungen. welche in UntCiansprüchen gekennzeichnet sind, soll nachstehend an Hi'.nd der Figuren näher veranschaulicht werden.The invention and its further developments. which are marked in claims should illustrated in more detail below at Hi'.nd of the figures will.

Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 wird derIn the embodiment according to FIG. 1 becomes the

cinGlällungskondcnsator33 zugeordnet sind. Der Sollwert des Stromrcglers 22 besteht in einer ebenfalls mittels eines Stromwandler 21 erfaßten, dem zu kommutierendcn Gleichstrom /proportionalen Grüße. Der Stromreglcr 22 erzwingt daher durch eine entsprechende Beeinflussung des Steucrwinkcls des Wechselrichters 19, welche durch den von ihm beaufschlagten Steuersatz 20 vorgenommen wird, daß stets ein bestimmter proportionaler Zusammenhang besteht zwischen dem Enlladestrom i, und dem zu kommutierenden Gleichstrom. Damit eine ausreichend große Spannung am Kommiilierungskondensator auch beim Start des Motors vorhanden ist, ist dieser an einen von der Speisegleichspannung, über den Ruhekontakt eines Relais 23 beaufschlagten, aus den Widerständen 24, 25 und 26 bestehenden Spannungsteiler angeschlossen. Das Relais wird dabei drehzahlabhängig über ein Schwellwertglied 27 dann betätigt, wenn die der Drehzahl entsprechende Spannung/i über einen gewissen Wert angestiegen ist.cinGlällungskondcnsator33 are assigned. The setpoint value of the current controller 22 consists of a value which is also detected by means of a current transformer 21 and is proportional to the direct current to be commutated. The current regulator 22 therefore enforces by a corresponding influencing of the control angle of the inverter 19, which is carried out by the control rate 20 applied by it, that there is always a certain proportional relationship between the unloading current i and the direct current to be commutated. So that there is a sufficiently high voltage on the commiilation capacitor when the motor is started, it is connected to a voltage divider consisting of resistors 24, 25 and 26, which is acted upon by the DC supply voltage via the break contact of a relay 23. The relay is then actuated as a function of the speed via a threshold value element 27 when the voltage / i corresponding to the speed has risen above a certain value.

Die Wirkungsweise des elektronischen Kommutators soll nun an Hand des zeitlichen Ablaufes einer Kommutierung des Stromes/ von der Wicklung irl auf die Wicklung «·2 mit den in Fig ?. gezeigten Diagrammen verfolgt werden, in welchen die durch die Thyristoren pi, pi, p5 und pf> fließenden Ströme mit /p„ i_P2, Zp₅ und ipe und die Anoden-Kathodenspannungen der Thyristoren />S und p6 mit i/p_S bzw. (/,,„ bezeichnet sind. Zum Zeitpunkt /„ soll die Wicklung irl den Strom/ führen, die Thyristoren /> 1 und />5 sind daher leitend gesteuert. Der Kondensator 14 sei so aufgeladen, daß sein der Anode des Thyristors pd zugeordneter Belag ein positives Potential besitzt. Werden nun zum Zeitpunkt ti die Thyristoren p6 und pl gezündet, so entlädt sich der Kondensator 14 teilweise über den Thyristor p5 und löscht denselben, was zum Zeitpunkt /2 erfolgt ist. Nunmehr führt der Thyristor p6 den vollen Gleichstrom /. Die verbleibende Spannung an dem Kondensator 14 liegt sodann als negative Anoden-Kathodenspannung Kp₅ am Thyristorp5 an und ist in Zeile e der F i g. 2 mit U_k bezeichnet. Durch den Thyristor ρ I fließt weiterhin der konstante Gleichstrom / und beginnt den Kondensator 14 umzuladen, so daß sich die Anoden-Kathodcinspannung u_Pi am Thyristor ρ_Λ von dem negativen Wert l/* zu positiven Werten hin bewegt. Die Zeitdauer ti bis t3 bis zum Nulldurchgajng der Kondensatorspannung muß dabei mindestens gleich der Freiwerdezi:it iy des Thyristors pS sein, damit dieser seine Blockierfähigkeit wiedererlangen kann. Durc'i eine entsprechende Bemessung der Kapazität des Kommutieriingskondensators 14 kann erreicht werden, daß der Nulldurchgang der Spannung des Kondensators 14 genau zu diesem für eine minimale Blindleistung günstigen Wert erfolgt.The mode of operation of the electronic commutator should now be based on the time sequence of a commutation of the current / from the winding irl to the winding «· 2 with the values shown in FIG. shown diagrams in which the currents flowing through the thyristors pi, pi, p5 and pf> with / p " i _P2 , Zp ₅ and ipe and the anode-cathode voltages of the thyristors /> S and p6 with i / p _S or . (/ ,, "are designated. At the time /" the winding irl should carry the current /, the thyristors /> 1 and /> 5 are therefore controlled to be conductive. The capacitor 14 is charged so that its anode of the thyristor pd If the thyristors p6 and p1 are ignited at the time ti , the capacitor 14 is partially discharged via the thyristor p5 and extinguishes the same, which took place at the time / 2. The thyristor p6 now carries the full direct current The remaining voltage on the capacitor 14 is then applied to the thyristor p5 _{as negative anode-cathode voltage Kp 5} and is denoted by U _k in line e of FIG. 2. The constant direct current / and continues to flow through the thyristor ρ I starts the capacitor 14 reload, so that the anode-cathodic voltage u _Pi at the thyristor ρ _Λ moves from the negative value l / * to positive values. The time ti to t3 until the capacitor voltage crosses zero must be at least equal to the release zi: it iy of the thyristor pS so that it can regain its blocking capability. By appropriately dimensioning the capacitance of the commutation capacitor 14, it can be achieved that the zero crossing of the voltage of the capacitor 14 takes place precisely at this value, which is favorable for a minimal reactive power.

Der Strom / beginnt erst dann von der Wicklung w I in die Wicklung wlza kommutieren, wenn die Summe der in der Wicklungwl induzierten EMK und der Spannung am Kommutierungskondensator 14 größer wird als die in der Wickl Jrtf w2 induzierte EMK. Dies sei ab dem Zeitpunkt /₄ der Fall. Die zu diesem Zeitpunkt in der Wicklung ηΊ gespeicherte magnetische Energie schwingt in den Kondensator 14 um. Tm gleichen Maße, wie der Strom in der Wicklung wl bzw. durc'i den Thyristor/j 1 ge^en Null geht (F i g. 2,ZeiIea), steigt der Strom in der Wicklung wl bzw. dem Thyristor ρ2 an, bis im Zeitpunkt /6 die Kommutierung beendet ist und jetzt das Thyristorpaar p2, p6 den vollen Gleichstrom / führt.The current / only begins to commutate from the winding w I into the winding wlza when the sum of the EMF induced in the winding wl and the voltage on the commutation capacitor 14 is greater than the EMF induced in the winding Jrtf w2. This is the case from time / _4. The magnetic energy stored in the winding ηΊ at this point in time swings around in the capacitor 14. T to the same extent as the current in the winding wl or through the thyristor / j 1 goes to zero (Fig. 2, line), the current in the winding wl or the thyristor ρ2 increases , until the commutation has ended at time / 6 and the thyristor pair p2, p6 now carries the full direct current /.

Aus der Forderung, daß die Zeit negativer Anoden-Kathodenspannung am Thyristor p5 der Frciwcrdczeit // dieses Thyristors entspricht, ergibt sich die erforderliche Kapazität für den Kommutierungskondensator 14 zuFrom the requirement that the time of negative anode-cathode voltage at the thyristor p5 corresponds to the Frciwcrdczeit // of this thyristor, the required capacitance for the commutation capacitor 14 results

C₁.C ₁ .

u_k u _k

wobei Uk im Hinblick auf eine Verringerung der Kapazität des Kondensators 14 nur wenig kleiner als die zulässige Blockicrspannung des Thyristors pS gewählt werden kann. Da die Streuinduktivität der Motorwicklung irl mit dem Kommuticrungskondensator 14 einen Schwingkreis bildet, würde nun ohne Vorsehung besonderer Maßnahmen bei einer nach obiger Beziehung gewählten Kondensatorgrößc die Spannung am Kondensator 14 in der Regel zu positiven Spannlingswerten durchschwingen, die erheblich über der zulässigen Blockierspannung der Thyristoren liegen. Daher ist bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung die aus der Diode 15 und dem Parallclkondensator 17 bestehende Überlaufschaltung vorgesehen. Übersteigt zum Zeilpunkt /5 die Spannung am Kondctisator 14 den Wert Uk in positiver Richtung, so wird die Diode 15 durchlässig, und der Kondensator 17 ist praktisch dem Kommulierungskondensator 14 parallel geschaltet, so dal.¹ für den weiteren Umschwingvorgang ein Kapazitätswert maßgebend ist, der der Summe der Kapazitäten der Kondensatoren 14 und 17 entspricht. Die Kapazität des Kondensators 17 kann nun so groß bemessen werden, daß die Spannung am Kondensator 14 lediglich nur noch zu einem maximalen Wert Uρ,,, durchschwingt, der immer noch kleiner als die oder höchstens gleich der zulässigen Blockierspannung des Tyhristors p5 ist. wobei die während der Freiwerdezeit t_f des Thyristors /?5 wirksame Kapazität nach wie vor durch die des Kondensators 14 gegeben ist. Dabei wird die Kapazität des Kondensators 17 ein Mehrfaches derjenigen des Kondensators 14 betragen. In der sich nach Erreichen des positiven Maximums U_v,„ der Spannung am Thyristor/»5anschließenden Zeit wird der Kondensator 17 über den Wechselrichter entladen, wobei vorteilhaft ist, daß auf diese Weise eine Energierückspeisung in das Wechselstromnetz erfolgen kann. Durch die bereits erwähnte Beeinflussung des Steuerwinkels dieses Wechselrichters ist es möglich, die Entladung des Kondensators 17 und damit auch die des Kondensators 14 so zu gestalten, daß in Abhängigkeit vom Motorgleichstrom / zum Zeitpunkt ti, welcher genau ein Viertel der Umlaufzeit T des Rotors später liegt als der Zeitpunkt Π und zu dem der nächstfolgende Kommutierungsvorganf zwischen den Thyristoren ρ5 und pi durch Löschunj des Thyristors p6 beginnt, an diesem eine negativ« Spannung gemäß folgender Beziehung auftrittwhere Uk can be selected to be only slightly smaller than the permissible blocking voltage of the thyristor pS with a view to reducing the capacitance of the capacitor 14. Since the leakage inductance of the motor winding irl forms a resonant circuit with the commutation capacitor 14, the voltage on the capacitor 14 would now swing through to positive clamping values, which are considerably above the permissible blocking voltage of the thyristors, if special measures were not taken with a capacitor size selected according to the above relationship. Therefore, in the case of FIG. 1, the overflow circuit consisting of the diode 15 and the parallel capacitor 17 is provided. If the voltage at the capacitor 14 exceeds the value Uk in the positive direction at the point / 5, the diode 15 becomes permeable and the capacitor 17 is practically connected in parallel to the commulating capacitor 14, so that. ^1, a capacitance value which corresponds to the sum of the capacitances of the capacitors 14 and 17 is decisive for the further oscillation process. The capacitance of the capacitor 17 can now be made so large that the voltage on the capacitor 14 only swings through to a maximum value Uρ ,,, which is still less than or at most equal to the permissible blocking voltage of the tyhristor p5 . The capacitance effective during the release time t _{f of} the thyristor /? 5 is still given by that of the capacitor 14. The capacitance of the capacitor 17 will be a multiple of that of the capacitor 14. In the time that follows after reaching the positive maximum U _v , " the voltage at the thyristor /» 5, the capacitor 17 is discharged via the inverter, whereby it is advantageous that energy can be fed back into the AC network in this way. By influencing the control angle of this inverter already mentioned, it is possible to design the discharge of the capacitor 17 and thus also that of the capacitor 14 so that depending on the motor direct current / at time ti, which is exactly a quarter of the rotation time T of the rotor later when the point in time Π and at which the next commutation process between the thyristors ρ5 and pi begins by deleting the thyristor p6 , a negative voltage occurs at this according to the following relationship

Durch diese stromabhängige Führung der Kommu tierungsspannung kann erreicht weroen, daß be jedem beliebigen Wert des zu kommutierenden deich stromes / genau die Kommutierungsspannung Uk a This current-dependent management of the commutation voltage can be achieved that at any value of the dike current to be commutated / exactly the commutation voltage Uk a

dem jeweils gelöschten Thyristor(p5 bzw. p6) entsteht, die erforderlich ist, um die Spannung am Kommutierungskondensator 14 von diesem Wert innerhalb der Freiwerdezeit // zeitlinear gegen Null gehen zu lassen.the respectively cleared thyristor (p5 or p6) arises, which is necessary to let the voltage on the commutation capacitor 14 go from this value to zero within the release time // linearly in time.

Die Forderung, daß bei etwa veränderlicher Motordrehzahl und damit veränderlicher Viertelperiodcndsuer T/4 ebenfalls stets ein bestimmter optimaler Wert der Kommutierungsspannung Uk nach erfolgter Löschung eines Thyristors vorhanden sein soll, führt zu der Variante in Fig. 1, bei der die dort mit 28 und 29 bezeichneten Schaltbrüeken in ihre waagerechte Stellung gebracht sind. Der Sollwert des Stromreglers 22 besteht dann in einer durch den Multiplizierer 30vorgenommenen multiplikativen Verknüpfung des Gleichstromes / mit einer der Motordrchzahl;/ proportionalen Größe, so daß für diesen Fall gilt
ie ~~ I · n. The requirement that a certain optimal value of the commutation voltage Uk should also always be present after a thyristor has been extinguished when the motor speed changes and thus the quarter-period index T / 4 changes, leads to the variant in FIG designated switching bridges are brought into their horizontal position. The setpoint value of the current regulator 22 then consists in a multiplicative combination of the direct current / with a variable proportional to the motor speed / ratio made by the multiplier 30, so that this applies in this case
ie ~~ I · n.

Damit kann der Spannungsvcrlauf der Entlade spannung der Kondensatoren 14 und 17 ebenfalls zu Erfüllung der obigen Forderung in der gewünschter Weise beeinflußt werden; er ist in Zeile e der Fig.; mit den dort gestrichelten Kurven A und B skizziert wobei für eine höhere Drehzahl sich ein Verlauf ent sprechend der mit B bezeichneten Kurve und für ein« niedrige Drehzahl ein Verlauf entsprechend der mit /. bezeichneten Kurve ergeben würde. Wesentlich ist daß dadurch bei jeder Drehzahl erreicht werden kann daß zu den Zeitpunkten t₇' bzw. I₇" einer neuer Kommutierung jeweils der optimale Wert Uk dei Kommutierungsspannung erreicht ist.Thus, the voltage curve of the discharge voltage of the capacitors 14 and 17 can also be influenced in the desired manner to meet the above requirement; it is in line e of the figure; with the dashed curves A and B there , with a course corresponding to the curve denoted by B for a higher speed and a course corresponding to that with / for a "low speed". designated curve would result. What is essential is that it can be achieved at every speed that the optimum value Uk of the commutation voltage is reached at the times t ₇ ' or I ₇ "of a new commutation.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 409631/306 1 sheet of drawings 409631/306

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Elektronische Kommutierungseinrichtung for1. Electronic commutation device for in Reihe mit Thyristoren an einen Pol einer Gleichstromquelle angeschlossene Wicklungen einer elektrischen Maschine, mit zwei weiteren über Kommutierungskondensatoren löschbaren Hauptthyristoren, die mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden sind und die abwechselnd jeweils zusammen mit einem der in Reihe mit einer Wicklung liegenden Thyristoren durchlässig steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (>el bis w2) zur Hälfte jeweils an einem der Haupttyhristoren (p₅, p_e) liegen, daß diese zwei Hauptthyristoren anöden- oder kathodenseitig an einen gemeinsamen Kommutierungskondensator (40) angeschlossen sind und daß den Hauptthyristoren über jeweils eine Diode (15, 16) ein einen Entladestromkreis aufweisender zusatz- ao licher Kondensator (17) parallel geschaltet ist.Windings of an electrical machine connected in series with thyristors to one pole of a direct current source , with two further main thyristors which can be erased via commutation capacitors, which are connected to the other pole of the direct voltage source and which can be controlled alternately together with one of the thyristors in series with a winding , characterized in that half of the windings (> el to w2) are each connected to one of the main thyristors (p ₅ , p _e ), that these two main thyristors are connected to a common commutation capacitor (40) on the anode or cathode side and that the main thyristors An additional capacitor (17) having a discharge circuit is connected in parallel via a respective diode (15, 16). 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Entladestromkreis ein netzgeführter Wechselrichter (19) angeordnet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that a in the discharge circuit grid-commutated inverter (19) is arranged. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn- as zeichnet durch eine stromabhängige Entladung des Parallelkondensators (17).3. Device according to claim 1 or 2, known as characterized by a current-dependent discharge of the parallel capacitor (17). 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersatz (20) des Wechselrichters (19) vom Ausgangssignal eines Stromreglers (22) beaufschlagt ist, dem als Istwert eine dem Wechselrichters;.om proportionale Größe und als Sollwert eine dem Motorstrom (/) proportionale Größe zugeführt ist.4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the tax rate (20) of the inverter (19) is acted upon by the output signal of a current regulator (22), the actual value of which is a the inverter; .om proportional size and A variable proportional to the motor current (/) is supplied as the setpoint. 5. Einrichtung nach Anspruch 3 für Wicklungen eines drehzahlgeregelten Gleichstrommotors, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung des Parallelkondensators (17) auch drehzahlabhängig beeinflußt ist.5. Device according to claim 3 for windings of a speed-controlled DC motor, characterized characterized in that the discharge of the parallel capacitor (17) also depends on the speed is affected. 6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5 gekennzeichnet durch einen Multiplizierer (30) zur drehzahlabhängigen Modulation des Stromreglersollwertes. 6. Device according to claim 4 or 5, characterized by a multiplier (30) for the speed-dependent Modulation of the current controller setpoint. 7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Starthilfe beide Beläge des Kommutierungskondensators (14) über ein drehzahlabhängig betätigtes Schaltglied und Widerstände (24. 25, 26) mit der Gleichspannungsquelle (3) verbunden sind.7. Device according to claim 5 or 6, characterized in that both pads as a starting aid of the commutation capacitor (14) via a speed-dependent actuated switching element and resistors (24. 25, 26) are connected to the DC voltage source (3). 5050