DE2141622C3 - Steuerschaltung für den maschinenseitigen, aus Thyristoren aufgebauten Stromrichter einer Stromrichtermaschine mit Gleichstromzwischenkreis - Google Patents

Description

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, 35 Hch verschiebbaren, für jedes Thyristorpaar eines dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsamen Kanals gemeinsamen Impulsen zweite Steuerimpulse

gebildet sind und daß die Thyristoren von den jeweils zeitlich zuerst auftretenden ersten oder zweiten Steuerimpulsen gezündet sind.

Mit der erfindungsgemäßen Steuerschaltung ist eine Einstellung des Winkels zwischen Anker- und Erregerdurchflutung an die jeweiligen Betriebszustände mit einfachen Mitteln ermöglicht. Der Stromrichtermotor läßt sich daher mit maximalem

abhängigen Sägezahnsignals ein eingangsseitig von 45 Drehmoment anfahren, und man erhält einen stetigen einer Synchronisierstufe (S) und einem maschinen- Übergang von dem Anlaufwinkel auf den im Betrieb

Impulse für die Thyristoren eines Kanals (I, IV bzw. II, V bzw. IH, VI) vom Ausgang einer Kippstufe (8) abgenommen sind, deren Eingang ein frequenzabhängiges Sägezahnsignal (i_s) und 40 ein die Verschiebung bewirkendes Vergleichssignal (/„) zugeführt sind.

4. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des frequenz-

frequenzproportionalen Stromerzeuger (7) beschalteter Integrator (6) vorgesehen ist.

benötigten Winkel zwischen Anker- und Erregerdurchflutung. Ein optimaler Leistungsfaktor und Wirkungsgrad ist daher im gesamten Drehzahlbereich so sichergestellt.

Die Ausgänge der einem Thyristor zugeordneten

Verteiler- und Anwahlstufe können gemeinsam auf

dem Eingangskreis einer verstärkenden Endstufe geführt sein, und der Ausgang jeder Endstufe kann 55 jeweils mit dem Eingang der Endstufe des vorhergehend durchlässig gesteuerten Thyristors über eine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschal- Verriegelungsdiode gekoppelt sein. Vorzugsweise sind tung für den maschinenseitigen, aus Thyristoren auf- die gemeinsamen Impulse für die Thyristoren eines gebauten Stromrichter einer Stromrichtermaschine mit Kanals vom Ausgang einer Kippstufe abgenommen, Gleichstromzwischenkreis und mit einem aus Hall- 60 deren Eingang ein frequenzabhängig gesteuertes Sägegeneratoren aufgebauten Rotorlagegeber, aus dessen zahnsignal und ein die Verschiebung bewirkendes Hallsignalen Steuerimpulse für die einzelnen Thyri- Vergleichssignal zugeführt sind. Zur Erzeugung des stören bildbar sind. frequenzabhängigen Sägezahnsignals kann ein ein-

Eine derartige Steuerschaltung ist aus der Siemens- gangsseitig von einer Synchronisierstufe und einem Zeitschrift, 41 (1967), Heft 10, S. 835, bekannt. Um 65 maschinenfrequenzproportionalen Stromerzeuger beeinen solchen Stromrichtermotor mit maximalem schaltetcr Integrator vorgesehen sein. Drehmoment anlaufen zu lassen, muß der Winkel zwi- Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand

sehen Anker- und Erregerdurchflutung 90° betragen. eines schemntiscli in der Zeichnung dargestellten Aus-

führungsbeispiels nachfolgend näher erläutert. Es In F i g. 3 ist vereinfacht ein Teil der Schaltung

j_5t zur Erzeugung der ersten Steuerimpulse und der ge-

Fig. 1 einen dreiphasigen Stromrichtermotor mit strichelt gezeichneten, um den Verschiebewinkel φ

Gleichstromzwischenkreis, verschobenen zweiten Steuerimpulse um 180° elek-

F i g ⁷ die zeitliche Zuordnung aller Steuersignale 5 trisch versetzter Kanals I und IV für die zusammen-

_d arbeitenden Thyristoren p\ und ρ 4 gezeigt. Ent-

F i g 3 eine erfindungsgemäße Steuerschaltung für sprechendes gilt auch für die übrigen Kanäle zur

zwei in Reihe liegende Kanäle des Stromrichters. Steuerung der anderen Thyristorenpaare ρ 2, ρ 5 bzw.

In F ig 1 ist vereinfacht ein selbstgeführter Strom- P 3, ρ 6.

richtermotor M mit Gleichstromzwischenkreis darge- io Bei Stillstand, wo noch keine verschobenen zweistellt. Der Stromrichter besteht aus sechs Thyristoren ten Steuerimpulse erzeugt werden können, werden die η 1 bis ρ 6 in Brückenschaltung, deren Zündsignale in ersten Steuerimpulse über Anwahlstufen 1, 2 (NOR-hekannter Weise läuferstellungsabhängig von einem Gatter) gebildet und dem Eingang jeweils einer Endnicht dargestellten Rotorlagegeber abgeleitet werden, stufe 3 bzw. 4 zugeführt. Im gezeigten Beispiel kann de-sen auf der Motorwelle befestigtes Magnetrad beim 15 die Endstufe 3 des Kanals II nur dann leitend wer-Umlaufen drei um je 120° elektrisch versetzte, am den und über eine nicht dargestellte Anpassungsstufe Motorgehäuse ruhend angeordnete Hallgeneratoren den zugeordneten Thyristor ρ 1 ansteuern, sofern die zur Abgabe von Hallsignalen Hl, H 2, H 3 — die je- der Anwahlschaltung 1 zugeführten Hallsignale Hl wpils eine Si&nallänge von 180° elektrisch aufweisen und Ή3 gleichzeitig positiv sind. Dieser Zustand ist und gegeneinander um 120° elektrisch verschoben 20 während der Zeitspanne al bis α3 (Fig. 2) gegeben. "Lj _ und dazu inversen Hallsignalen 771, 77 2, 773 Der dem Kanal IV zugeordnete Thyristor ρ 4 wird entsprechender Art gemäß Fig. 2 veranlaßt. Durch über die entsprechende gesonderte Anwahlstufe 2 Verknüpfung von jeweils zwei Hallsignalen werden und die zugeordnete Endstufe 4 leitend bei gleiches andere Steuerimpulse Ul bis U 6 für die Thyri- zeitigen positiven Hallsignalen Hl und H 3 wahrend stören ρ 1 bis ρ 6 des Stromrichters gewonnen, deren 25 der Zeitspanne α 4 bis a 6.

Anstiegs- und Rückflanken zeitlich nicht veränderbar Zum Verschieben der ersten Steuerimpulse bei sind und die im folgenden erste Steuerimpulse ge- einer von Null verschiedenen Drehzahl des Motors M, nannt werden. Diese ersten Steuerimpulse U1 bis U 6 d. h. zur Erzeugung der zweiten Steuerimpulse, wird sind in F i g. 2 mit ununterbrochenen Linien einge- ein Sägezahnsignal in folgender Weise erzeugt: zeichnet Zum Beispiel erhält man einen Steuerimpuls 30 Die Ausgangsspannung U_s (Fig. 2) eines Integrale 1 bei positivem Hallsignal H1 und bei positivem tors 6 als Sägezahngenerator wird über eine mit^desinversen Hallsignal 773. Durch entsprechende Zuord- sen einem Eingang verbundene Synchronisierstufe 5, der festen Steuerimpulse zu den einzelnen bestehend aus zwei NOR-Gattem, die jeweils von den Thyristoren kann der Winkel zwischen Ankerdurch- Hallsignalen H 2, H 3 und den inversen Hallsignaflutune und Erregerdurchflutung für den Anlauf des 35 len 772, 773 beeinflußt sind, immer dann ihren hoch-Motors M auf ν = 90° eingestellt werden, wobei der sten negativen Wert aufweisen, wenn entweder die Motor M sein maximales Moment entwickelt. Im Be- inversen Hallsignale 772 und 77 3 oder die Hallsignatrieb kann aber der Motor, besonders bei Kommu- le H 2 und H 3 gleichzeitig positiv sind in der Zeittierune durch die Maschinenspannung, nicht mit spanne von al bis a2 bzw. a4 bis a5 (Fig. 2). _w = 90° betrieben werden. Das bedeutet, daß die 40 In der restlichen Periodendauer wird der Integralsten Steuerimpulse um einen jeweils zu bestimmen- tionskondensator C des Integrators 6 — dem zur riPn Verschiebewinkel φ vorgeschoben (gegen die Spannungsbegrenzung ein schaltbarer Parallelpfad zunrehrichtune} werden müssen, damit der Antrieb geordnet ist — durch einen in einer mit dem besagten überhaupt gefahren werden kann. Eingang des Integrators 6 verbundenen Stromerzeuger WhWel<p soll bei maschinenkommutierten 45 gerstufe 7 erzeugten drehzahl-bzw. frequenzpropor-Stromrichtermotoren so gewählt werden, daß sie zur tionalen Strom /„ linear entladen, wobei sich die Aus-Bereitstellune der erforderlichen Kommutierungs- gangsspannung U_s in positiver Richtung ändert, bis blindleistung kapazitiv betrieben werden. Bei zwangs- zum Zeitpunkt al bzw. «4, während innerhalb der kommutierten Stromrichtermotoren soll hingegen der Synchronisationszeit die vorgenannte Rückladung des Winkel ω den momentanen Belastungsverhältnissen 50 Kondensators C beginnt. Die Ausgangsspannung U_s so angepaßt werden, daß sie mit optimalem Lei- bedingt einen Strom i_s, der mit einem dem Ver-SinStor arbeiten schiebewinkel proportionalen Vergleichsstrom i_v am Zum Verschieben 'der festen Steuerimpulse Ul bis Eingang einer Kippstufe 8 verglichen wird die aus- U6 eemäß F i g. 2 wird ein von den festen Hallsigna- gangsseitig mit je einem Eingang einer Verteilerstufe 9 len H2 H3 772 773 synchronisiertes Sägezahn- 55 bzw. 10 verbunden ist. Die den Verteilerstufen 9, 10 signal /' das sich linear mit der Zeit ändert, erzeugt zugeführte Ausgangsspannung U_K der Kippstufe 8 und mit einem dem Verschiebewinkel proportionalen ist bei Z₁ > /„ negativ und springt auf ihren positiven Vergleichssignal/, verglichen, wodurch der Ver- Maximalwert bei /_s S /, (Fi&.²)-^^.g¹ schiebewinkel φ stetig zwischen seinen Grenzwerten Verteilerstufen 9 und 10 der beiden um ISU eieK verändert werden kann. Um bei konstantem Ver- 60 trisch gegeneinander versetzt arbeitenden Kanäle 1 gleichssignal den Verschiebewinkel φ von der Dreh- und IV verschobene zweiten Steuerimpulse mit der zahl bzw der Frequenz des Stromrichtermotors un- doppelten Zündfrequenz eines Thyristors zugeführt, abhängig zu machen, wird die Neigung des Sägezahn- Die Verteilerstufe 9 wird außerdem noch von den signals frequenzabhängig gesteuert. Man erhält da- Hallsignalen 772 und H 3, die Verteilerstufe 10 von durch zwei Steuerimpuls! E/l bis t/6, deren An- 65 den dazu inversen Hall-//2 und -Ή21 abhängig beeinstiegs- und Rückflanken zeitlich verschiebbar sind flußt. Es kann daher z. B. die der Endstufe 3 zuge- und die in Fig. 2 mit gestrichelten Linien eingezeich- führte Ausgangsspannung der Verteilerstufe 9 nur net sind positiv werden, wenn em verschobener zweiter

Steuerimpuls erzeugt werden soll, wobei die Ausgangsspannung Uk der Kippstufe 8 und die Hallsignale 772 und H 3 gleichzeitig positiv sind. In diesem Fall wird der Thyristor ρ 1 des Kanals 1 stromdurchlässig gesteuert, obwohl über die Anwahlschaltung 1 noch kein Signal ansteht. Somit wird der Zündzeitpunkt des Thyristors pl entweder durch da.> früher anstehende positive Signal der Anwahlschaltung 1 oder durch das der Verteilerstufe 9 bestimmt. Entsprechendes gilt für den Thyristor ρ 4 des Kanals 4 hinsichtlich der Signale der Anwahlstufe 2 bzw. der Verteilerstufe 10. Auf diese Weise wird ohne jegliche gesonderte Umschaltmittel ein stetiger Übergang von ersten Steuerimpulsen auf gegenüber diese zeitlich verschobene zweite Steuerimpulse (in F i g. 2 gestrichelt) erreicht.

Bei der in Fi g. 1 gezeigten sechspulsigen Stromrichterschaltung sind für die Kanäle II und V sowie III und VI mit den Thyristoren pl und ρ5 bzw. ρ 3 und ρ 6 noch weitere zwei der in Fi g. 3 gezeigten Impulserzeugerstufen vorzusehen. Damit auch bei den verschobenen, zweiten Steuerimpulsen eine Impulsdauer von 120° elektrisch gewährleistet ist, sind jeweils die drei Endstufen 3 bzw. 4 einer Brückenhälfte mit den Thyristoren pl, ρ2, ρ3 bzw. ρ4, ρ5, ρ6 gegenseitig verriegelt. Zu diesem Zweck ist die Kathode einer Diode η ϊ bzw. η 4 der Endstufe 3 bzw. 4 des Kanals I bzw. IV mit dem Eingang, z. B. dem Kollektor eines Transistors der nachfolgend leitend werdenden, nicht dargestellten Endstufe des Kanals II bzw. V, verbunden, wodurch bei stromdurchlässiger Steuerung der Endstufe des Kanals II bzw. V der entsprechende Transistor Tr der Endstufe 3 bzw. 4 des Kanals I bzw. IV gesperrt und somit der Steuerimpuls für den zugehörigen Thyristor pl bzw. ρ4 beendet wird. In gleicher Weise sind auch die Endstufen der anderen Kanäle miteinander verknüpft.

Da die verschobenen, zweiten Steuerimpulse für die um 180° elektrisch arbeitenden Thyristoren des Stromrichters, z.B. pl und ρ4, vom gleichen Sägezahnsignal abgeleitet werden, haben sie genau gleiche Impulslänge, so daß mit Sicherheit die Motorwicklung keine unerwünschte Gleichstromkomponente erhält.

Die Neigung des Sägezahnsignals U_s ergibt sich nach der Beziehung

	Uj	Ai,	In	h	η	η
	At	At	C	~ At	C	C
da ιπ ~ η.
Da aber
			iv ^
			φ/ω
ist, ergibt sich

φ·

und daraus wegen η ~ ω ist φ ~ i_v.

Die Beziehung zwischen dem Vergleiches* rom i\.

ao und dem Verschiebewinkel ψ ist linear und frequenzunabhängig. Dies gilt entsprechend auch für die Verschiebespannung U_v, die von der Art der Umrichterkommutierung abhängig ist. Die Verschiebespannung U_v wird z. B. bei Maschinenkommutierung mit

»5 konstanter Maschinenerregung abhängig vom Laststrom Jg (F i g. 1) oder bei Zwangskommutierung mit konstanter Maschinenerregung abhängig von der Drehzahl verändert (Anpassung der konstanten Umschwingfrequenz der Kommutierungskreise an die veränderliche Maschinenfrequenz).

Bei Vergrößerung des Verschiebewinkels φ über 90° hinaus kehrt die Motorspannung TJ _M (Fig. 1) bei gleichbleibender Richtung des Laststromes Jg um, wodurch die Maschine nunmehr generatorisch ge-

bremst wird (Zweiquadranten-Betrieb), ohne daß ein gesonderter Umkehrstromrichter erforderlich ist.

Für den Fall eines geforderten Vierquadranten-Betriebes der Maschine werden wegen der Reihenfolge der Kanäle I, II, III bzw. II, IV, VI infolge der Ver-

riegelung bei Stillstand zwei Hallsignalpaare über einen nicht gezeigten, gesonderten äußeren Umschalter vertauscht, z. B. H1 mit Η2,Ή1 mit 772, so daß die Steuerung in der anderen Drehrichtung in entsprechender Weise arbeiten kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche: Diese Forderung ist bei dem bekannten Stromrichtermotor nicht zu erfüllen, und man kann diesen Motor daher nicht mit maximalem Drehmoment anlaufen lassen. Die DT-OS 16 13 923 betrifft einen dämpfungsfreien Synchronmotor mit Wechselrichterspeisung, dessen Drehzahl auf einen genau vorgebbaren Wert eingestellt werden kann. Neben einem gesonderten Aufbau des Motors sind bei diesem Antrieb Steue-

1. Steuerschaltung für den maschinenseitigen,
»us Thyristoren aufgebauten Stromrichter einer
Stromrichtermaschine mit Gleichstromzwischenkreis und mit einem aus Hallgeneratoren aufgebauten Rotorlagegeber, aus dessen Hallsignalen
Steuerimpulse für die einzelnen Thyristoren bildbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß io rungsmittel für den den Motor speisenden Wechselmit aen Hallsignalen (Hl bis H 3) und den ent- richter vorgesehen, die während des Laufes bei Lastsprechenden inversen Hallsignalen (HI bis 773) stoßen durch Verschiebung der Zündimpulse für die in einer Anwahlstufe (1, 2) erste Steuerimpulse, Ventile kurzzeitig eine derartige Veränderung des die einen Polradwinkel von 90° festlegen, und in augenblicklichen Polradwinkels bewirken, daß Pendeeiner Verteilerstufe (9, 10) aus in einem Dreh- 15 lungen und ein »Kippen« vermieden werden. Winkelbereich bis zu 90° Polradwinkel gleich- Es besteht die Aufgabe, einen Stromrichtermotor

reitig auftretenden Hallsignalen (z.B. Hl, HS; der eingangs genannten Art mit maximalem Dreh-772,773) und frequenzabhängig zeitlich verschieb- moment anlaufen lassen zu können und bei von Null baren, für jedes Thyristorpaar (z. B. Pl, P 4) verschiedener Drehzahl den Winkel zwischen Ankereines Kanals (z.B. I, IV) gemeinsamen Impulsen 20 und Erregerdurchflutung selbsttätig stetig von y = 90 (U_k) zweite Steuerimpulse gebildet sind und daß auf einen kleineren Winkel zu verschieben und eine die Thyristoren von den jeweils zeitlich zuerst Anpassung des Winkels y> ψ 90° an die jeweiligen Beauftretenden ersten oder zweiten Steuerimpulsen triebsverhältnisse unabhängig von der Art des Umgezündet sind. richters zu erreichen, so daß ein optimaler Leistungs-2. Steuerschaltung nach Anspruch I₁ dadurch 25 faktor und Wirkungsgrad im gesamten Drehzahlbegekennzeichnet, daß die Ausgänge der einem reich des Stromrichtermotors auftritt. Thyristor (Pl bzw. P 4) zugeordneten Verteiler- Diese Aufgabe wird bei einer Steuerschaltung der stufe (9 bzw. 10) und Anwahlstufe (1 bzw. 2) eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gegemeinsam auf den Eingangskreis einer verstär- löst, daß mit den Hallsignalen und den entsprechenkenden Endstufe (3 bzw. 4) geführt sind und daß 30 den inversen Hallsignalen in einer Anwahlstufe erste der Ausgang jeder Endstufe jeweils mit dem Ein- Steuerimpulse, die einen Polradwinkel von 90° festlegen, und in einer Verteilerstufe aus in einem DrehwinkeJbereich bis zu 90° Polradwinkel gleichzeitig auftretenden Hallsignalen und frequenzabhängig zeit

gang der Endstufe des vorher durchlässig gesteuerten Thyristors über eine Verriegelungsdiode (n 1 bzw. η 4) gekoppelt ist.