DE2219018A1 - Stromrichtermotor - Google Patents

Description

Stromrichtermotor ·

Die Erfindung betrifft einen Stromrichtennotor, der über einen Umrichter mit Gleiehstromzwischenkreis gespeist ist, wobei im Gleichstromzwischenkreis eine Glättungsinduktivität mit parallelgeschaltetem, steuerbarem Stromrichterventil angeordnet ist, das so gepolt ist, daß eine an der Glättungsinduktivität bei Stromabnahme auftretende Selbstinduktionsspannung in Durchlaßrichtung am Stromrichterventil liegt.

Unter Stromrichtermotoren versteht man im allgemeinen Drehfeldmaschinen synchroner Bauart, die aus einem Wechselstrom- oder Drehstromnetz konstanter Spannung und Frequenz über einen gesteuerten Gleichrichter, einen Gleichstromzwischenkreis und einen Wechselrichter gespeist werden. Die Taktung des Wechselrichters erfolgt lastabhängig, die Kommutierungsblindleistung liefert die Maschine. - .

Beim Stromrichtermotor kann die Blindleistung für die Kommutierung des Motorstromes erst ab einer gewissen-Betriebsdrehzahl vom Motor selbst zur Verfügung gestellt werden. In einem Drehzahlbereich, der zwischen Mull und etwa einem Zehntel der' ITenndrehzahl des Stromrichtermptors liegt, muß daher auf gesonderte Anfahrhilfen zurückgegriffen werden, bei denen der Bereich kleiner Drehzahlen mit Hilfe zusätzlicher Vorrichtungen. oder entsprechender Umschaltungen durchfahren wird.

3093U/QS55

- 2 - VPA 72/3088 . /

Bekannt ist es "beispielsweise aus 'der deutschen Patentschrift 639 322 im --Bereich kleiner Motordrehzahlen, d.h. langsamer Kommutierungsfolge des Wechselrichters kurz vor jedem Phasenwechsel der Drehfeidmaschino den Strom im Gleichstromzwischenkreis durch entsprechende Aussteuerung des Gleichrichters zu UuIi zu machen, wodurch die steuerbaren Stromrichterventile des Wechselrichters ihre Sperrfähigkeit wieder erlangen und anschließend in der gewünschten Phasenlage wieder neu gezündet werden können. Bei diesem bekannten Stromrichtermotor ist jedoch die 'erreichbare Kommutierungsfrequenz relativ klein, unter anderem ist sie durch die natürliche 'lodzeit des netzseführten Gleiohrichters begrenzt. Beispielsweise aus der Siemens-Zeitschrift, 45. Jahrgang, 1971, Seiten 186 bis 138 oder der JEEE Transaction on Industry and General Applications, Vol. JGA-7, !To» 4, "1971, S. 539 - 543 ist ein Stromrichtermotor der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Kommutierung des Motorstromes durch ein gesteuertes Freilaufventil erfolgt, das antiparallel zur Drossel des Gleichstromzwischenkreises geschaltet ist, so daß der Drosselstrom während der Kommutierung ungehindert weiterfließen kann und nur der Motorstrom über den 'Wechselspannungsanteil der Gleichrichterausgangsspannung kommutiert werden muß. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß zusätzlich zu den Streureaktanzen des Motors die Induktivitäten der Hetzzuleitung, einschließlich der Streureaktanz des Speisetransformators stark die Höhe des kommutierbaren Stromes beeinflussen.

Es besteht die Aufgabe, bei möglichst geringem Aufwand an Bauelementen den Motorstrom auch bei sehr kleinen Betriebsdrehzahlen zu kommutieren.

Srfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Ausgang des Gleichstromzwischenkreises von einer Serienschaltung eines ungesteuerten Stromrichterventiles und einer Kapazität überbrückt ist, v/obei das ungesteuerte Stromrichterventil in Serie mit dem gesteuerten Stromrichterventil parallel zur Glättungsinduktivität geschaltet ist.

309844/0655

-3- · VPA 72/3088 " .

Bei dem erfindungsgemäßen Stromrichtermotor Wird der maximale Hotorstrom unter Zuhilfenahme der Oberwellenspannung des Hetzgieichrichters auch bei Betriebsdrehzahlen kommutiert, die nur wenig von Hull verschieden sind. Es wird der Strom zunächst in der !etzzuleitung und dann erst im Motor ab- bzw» wieder, aufkommutiert, wobei der Komrautierungsvorgang des Motorstromes sehr rasch abläuft und die entstehende strom- bzw. momentlose pause im Motor sehr klein gehalten werden kann. Der Strom in der Glättungsinduktivität fließt während der gesamten Kommutierung ungehindert mit annähernd konstanter Größe weiter und · der komautierbare Strom ist praktisch unabhängig von der Induktivität des speisenden Drehstromnetzes. Durch das zeitliche Nacheinander der Kommutierung des Hetz- und Motorstromes entstehen zwei getrennte Kommutierungskreise, wobei jeder. Kreis eine Kommutierungsspannung genügender Höhe aus einer Kondensatorumladung infolge eines Umschwingvorganges im anderen Kommutierungskreis erhält.

Der Aufwand für diese Summenlöschung ist gering. Insbesondere ist bei dieser Anfahrhilfe kein zusätzlicher Umschwingkreis und keine Erst- bzw. Nachladung des Kommutierungskondensators erforderlich.

In folgenden wird der erfindungsgemäße Stromrichtermotor beispielhaft anhand der Figuren 1 und 2 näher¹ erläutert.

Pig. 1 zeigt die Schaltung eines erfindungsgemäßen Stromrichtermotors. Die dreiphasige Wicklung einer Synchronmaschine 1 wird aus einem Drehstromnetz E, S, T über einen gesteuerten Gleich-, richter 2,einen Gleichstromzwischenkreis 3 mit Glättungsinduktivität 4- und einen'gesteuerten "Wechselrichter 5 gespeist,, Im Ausführungsbeispiel ist der Gleichrichter 2 aus sechs steuerbaren Stromrichterventilen 2a bis 2g in Brückenschaltung und der Wechselrichter 5 aus steuerbaren Stromrichterventilen 5& bis 5g ebenfalls in Brückenschaltung aufgebaut. Die steuerbaren Stromrichterventil 2a bis 2g bzw. 5a bis 5g können beispielsweise Thyristoren sein.

309844/0655

- 4 - YPA 72/5083

Der Glättungsdrossel 4? die in 'einer Stromschiene 10a des Zwisclienkreises 3 angeordnet ist, ist die Serienschaltung eines unge steuert en Stromric hterventiles 6, das "beispielsweise

eine Diode sein kann, und eines gesteuerten Stromrichter- . ventiles 7> "beispielsweise eines [Thyristors parallelgeschaltet. Die Diode 6 und der !Thyristor 7 sind so gepolt, daß die bei Abnahme oder "beim Abschalten des Gleichstromes im Gleichstromzwischenkreis 3 an der Glättungsinduktivität 4 auftretende SeIbstInduktionsspannung in Durchlaßrichtung an den Ventilen 6 und 7 liegt, und der über die Drossel 4 fließende Strom über die Diode 6 und den gesundeten Thyristor 7 weiterfließen kann. Der Verbindungspunkt 8 von Diode 6 und Thyristor 7 ist über einen Kondensator 9 rait der zweiten Stromschiene 10b des Gleichstromi?/ischenkreises 3 verbunden. Damit ist mit der Serienschaltuna von Diode 6 und Kondensator 9 der Ausgang 11 des Gleichstromzwischenkreises und mit der Serienschaltung des Thyristors und des Kondensators 9 der Eingang 12 des Gleichstromzwischenkreises 3 überbrückt.

Mit der: Motorläufer- des Drehstromsynchronmotors 1 ist ein Tachodynamo 13 und ein beispielsweise mit Hallgeneratoren bestückter Läuferstellungsgeber 14 mechanisch gekoppelt. Die Signale des Tachogenerators 13 und des Läuferstellungsgebers

14 sind einem Steuersatz 15 zugeführt, der außerdem noch Signale eines Stromwandlers 16 erhält, der in der Drehstromspeiseleitung angeordnet ist und dem über einen Eingang 17 ein Drehzahlsollwert zugeführt werden kann. Von dem Steuersatz"'

15 werden über Leitungen 18 die Thyristoren des Wechselrichters 5, über Leitungen 19 die' Thyristoren des Gleichrichters 2 und _ · über die Leitung 20 der Thyristor 7 angesteuert. Steuersätze dieser Art sind bekannt. Ihr Aufbau kann beispielsweise den zitierten Literaturstellen in der Siemens-Zeitschrift, 45. Jahrgang bzw,, der JEEE Transaction on Industry and General Applications entnommen werden.

3098U/065S

- 5 - VPA 72/3088

Bei Setriebsdrehzahlen, die größer als etwa ein Zehntel der ITeiiiidruiizahl ist, erfolgt bei dem in Pig. 1 dargestellten Stromrichtermotor die Kommutierung des Mot'orstromes i,, bei- . spielsweise vom Thyristor 5a auf den Thyristor 5b des Wechselrichters 5 mit Hilfe der lias chine ns pannung der kapazitiv gesteuerten Synchronmaschine Ί.

Pur Eetriebsdrehzahlen, die kleiner als etwa ein Zehntel der iTenndrehsahl sind, reicht jedoch die Maschinenspannung nicht aus, so daß mit Hilfe der aus dem Thyristor 7, der Diode 6 und dein Kondensator 9 "bestehenden Summenlös ehe inr ic ht ung der Motorstrom i,„_T im Takt der Kommutierungsfrequenz zu EuIl gemacht

i/i

werden nuß.

Die genaue Punktionsweise dieser Suiamenlöscheinrichtung wird anhand der Diagramme der Pig. 2 erläutert. In den Diagrammen ist die Zwischenkreisspannung Uj., die am Kondensator abfallende Spannung TJq, der JSetastrom i,*, der Motorstrom i_v, der Strom i^ über den Thyristor 7» der Strom ±-~ über die Diode 6 und der Strom i„, durch die Glättungsinduktivität 4 über der Zeit t

aufgetragen. Im interessierenden Drehzahlbereich zwischen einer Drehzahl η von ungefähr Hüll und ungefähr einem Zehntel der Zeniidrehaalil ist die Zwischenkreis spannung U_n nur wenig von löiil verschieden und der Steuerwinkel des Gleichrichters.2 beträgt ungefähr 90°, da u-p proportional n. Sei dem im Ausführungsbeispiel gezeigten sechspulsigen Stromrichter 2 erhält man dann eine Ausgangsspannung Uj>, die bei diesem Steuerwinkel den in Pig. 2 gezeigten Verlauf hat. Der Kondensator 9 ist auf die Spannung XI₊ aufgeladen. Soll nun im Wechselrichter 5 eine Kommutierung, beispielsv/eise von den Thyristoren 5a und 5g auf die Thyristoren 5b und 5g stattfinden;, so wird beim Bulldurchgang der Spannung U₀ der Thyristor 7 gezündet (Zeitpunkt »6^ ). Der Kondensator 9 entlädt-sich dann über den Thyristor 7, die beiden stromführenden Thyristoren des Gleichrichters 2, beispielsv/eise über die Thyristoren 2a und 2g und die gesamte Induktivität des speisenden Netzes, die-sich aus der Induktivität der Ketzdrossel, der Induktivität der Zuleitung sowie der

309844/0655

- 6 - . VPA 72/3088

Streuinduktivität des [Transformators zusammensetzt. Im Zeitpunkt Λ λ hat der Strom i~ den Wert des Netzstromes i„, er ^x ^ ι U. ι j

reicht, so daß die Ventile 2a und 2g des Gleichrichters 2 verlöschen. Der Gleichstrom im Gleichstromzwisehenkreis 3 ist damit abgeschaltet. Der durch die Glättungsdrossel 4 eingeprägte .- und daher zunächst konstante Strom i^ lädt den Kondensator 9 weiter um, bis im Zeitpunkt e\ ₂ die Spannung u_c am Kondensator 9 Null geworden ist. Von nun an wird im Kondensator 9 eine Gegenspannung aufgebaut, die den Motorstrom i,, im Zeitpunkt J - ebenfalls zu Null macht, so daß nun die stromführenden Ventile 5a und 5g des Wechselrichters verlöschen. Der weiterhin konstante Drosselstrom i fließt nun durch die Diode 6 und den Thyristor 7. Dae ICondensatorspannung behält ihre aufgrund des Umschwingvorganges entstandene negative Spannung U_ bei, bis zum Zeitpunkt o. _t die Netzspannung und damit u^ wiederkehrt. Bei erneut gezündeten Ventilen des Gleichrichters 2 wird durch die entstehende Potentialdifferenz TJ^ - U_- der Netzstrom wieder aufkommutiert, d.h. der Strom i,^ nimmt in demselben Maße zu, wie der Strom i_n durch den Thyristor 7 abnimmt. Dabei ist "ϋ\_τ die höchste Momentanspannung der Zwischenkreisspannung u^. Im Zeitpunkt ·Λ _K. erlischt der Thyristor 7, der Netzstrom i,_T hat den Wert I des nach wie vor konstanten Drosselstromes ±_σ erreicht. Der Strom i lädt nun über die Diode 6 den Kondensator 9 weiter um. Im Zeitpunkt Ή _r ist die Spannung u~, am Kondensator wieder gleich Null und der Motorstrom i,- beginnt wieder zu fließen. Die Zündung der Ventile 5b und 5g des Wechselrichters, auf die der Strom kommutiert werden soll, muß vor dem Zeitpunkt <τή r erfolgen. Im allgemeinen erfolgt die Zündung dieser Ventile mit einem langzeitimpuls bereits erheblich früher, beispielsv/eise zum· Zeitpunkt iS ₁ , der vor dem Nulldurchgang der Spannung U₁. liegt. Die Zeit '12. - ^³LU. entspricht der Schonzeit t_o der Ventile des Wechselrichters Dieser Zeitraum muß eingehalten werden, um ein erneutes Zünden ■ des gelöschten Ventiles 5a des Wechselrichters 5 zu verhindern.

309844/0655

- 7 - VPA 72/3088 ·

Der Strom i bzw. i-n baut nun weiter eine positive Spannung am Kondensator 9 auf, so daß mit Hilfe dieser Spannung der Motorstroin i,, über die eingeschalteten Thyristoren 5b und 5g des Viechseirichters wieder aufkommutiert wird» Im Zeitpunkt J„ ist die Kommutierung des Motorstromes abgeschlossen. Der Kondensator 9 hat die Spannung TJ₊ und ist somit bereits beim nächsten Fulldurchgang der Spannung u~, der in Pig. 2 mit c\ qbezeichnet ist, zu einer neuen Kommutierung bereit. Die Höhe der Spannung TJ am Kondensat or 9 ergibt sich aus der Besiehung TJ, = Jg Jj/ m , worin L die resultierende Kommu tie rung's -

¥ —π— .331

induktivität des Motors 1 und C die Kapazität des Kondensators ist. Da diese Spannung-auch für die Kommutierung des Uetzstromes zur Verfügung steht, können auf alle Fälle Uetzinduktivitäten in der Größe der Motorinduktivität zugelass.en werden. Bei den üblichen Werten von L würden, diese ITetzimpedanzen bedeuten, die selbst bei längeren Stichleitungen nicht auftreten.

Beim Start des Wechselrichters ist der Kondensator 9 über die Glättungsinduktivität 4 und die Diode 6 ausreichend.geladen. Die bei jedem Kommutierungsvorgang auftretenden TJmschwingver- · luste werden durch die zusätzliche Spannungszeitflächeder Gleichrichterspannung Uj. z.B. zwischen den Zeitpunkten J^ _Q und '- gedeckt. -'"·""· ,- -': ~ ■ '.·

Die gesamte Koinmut ie rungs dauer ^= ^v~ - ^p des beträgt ungefähr 30° bezogen auf die Periodendauer des senden Netzes. Wegen dieser sehr kurzen Kommutierungsdauer sind die Momenteinbrüche an der Motorwelle ebenfalls äußerst klein.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß _ebei dem Stromrichtermotor mit einer Summenlöscheinrichtung alsi hilfe der Hetz- und Maschinenstrom zeitlich nacheinander

309844/0855

- 8 - YPA 72/3088

D3V/. wieder aufkommutiert v/erden. Damit ist eine Anfahrhilfe geschaffen, die mit geringem Aufwand an Bauelementen eine sichere Kommutierung des Motorstromes auch in Bereichen sehr kleiner Drehzahlen sicherstellen.

1 Patentanspruch

2 Figuren

309844/Ό655

Claims (1)

1. - 9 - " VPA 72/3088

   Patentanspruch

   Stromrichtermotor, der über einen Umrichter mit Gleichstromsv/ischenkreis gespeist ist, wobei im Gleichstromzwischenkreis eine Glättungsinduktivität mit parallelgeschaltetem steuerbarem Stromrichterventil angeordnet ist,"das so gepolt ist, daß eine an der Glättungsinduktivität bei Stromabnahme auf- tretende SeIbstInduktionsspannung in Durchlaßrichtung am Stromrichterventil liegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang (11) des Gleichstromzwischenkreises (3) yojcl einer Sarienschaltung eines ungesteuerten Stromric hterventiles (6) und einer Kapazität (9) überbrückt ist, wobei das ungesteuerte stromrichterventil in Serie mit dem gesteuerten Stromrichterventil (7) parallel zur G-lättungsinduktivität (4) geschaltet

   309844/0855 bad original

   Leerseite