DE2445540A1 - Speed-controlled drive cct. for async. machine - has two phase-windings spatially and electrically displaced by ninety degrees - Google Patents

Abstract

The speed-controlled drive circuit, for an asynchronous machine, has the async. motor provided with two phase windings displaced spacially w.r.t. one another by 90 deg. and connected into a 2-phase bridge circuit. The two phase windings are supplied from a static converter's inverter with two voltages phased 90 deg. apart electrically. The motor's neutral is connected to two series-coupled intermediate capacitors (3, 4) parallel to the static converter. For a 3-phase motor, the phase windings are spaced 120 deg. apart. The advantage of the drive circuit lies in its cheapness and simplicity.

Description

Drehzahl steuerbarer Antrieb Die Erfindung betrifft eine aus einem Umrichter und einem Asynchronmotor bestehende drehzahl steuerbare Antriebseinrichtung. Speed controllable drive The invention relates to one of a Inverter and an asynchronous motor existing speed-controllable drive device.

Es sind dreiphasige Umrichter für die Drehzahlverstellung von Drehstromasynchronmotoren bekannt. Obwohl die Maschinen als Käfigläufer preisgünstig sind, liegen die Kosten für den aus dem Umrichter und dem Asynchronmotor bestehenden Gesamtantrieb noch über denen eines drehzahlregelbaren Gleichstrommotorantriebesder aus einem netzgeführten Stromrichter und einem Gleichstrommotor besteht. Die hohen Kosten für einen Asynchronmaschinenantrieb sind durch die Aufwendungen für den Drehstromumrichter bedingt. Bei kleinen Leistungen «o Kw> teilen sich die Kosten für den Gesamtantrieb zu ca. 80 % für den Umrichter und nur 20 % für den Asynchronmotor auf. Einsparungen auf der Umrichterseite fallen also wesentlich stärker ins Gewicht als Verbilligungen des Motors.They are three-phase converters for adjusting the speed of three-phase asynchronous motors known. Although the squirrel cage machines are inexpensive, the costs are there for the overall drive consisting of the converter and the asynchronous motor above those of a speed-adjustable DC motor drive from a line-commutated There is a converter and a DC motor. The high cost of an asynchronous machine drive are due to the expenses for the three-phase converter. With small services «O Kw> the costs for the entire drive are shared by approx. 80% for the converter and only 20% for the asynchronous motor. Savings on the converter side are therefore much more important than cheaper engines.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache und billige aus einem Umrichter und einem Asynchronmotor bestehendeldrehzahlsteuerbare Antriebseinrichtung anzugeben.The object of the present invention is to provide a simple and cheap Speed-controllable drive device consisting of a converter and an asynchronous motor to specify.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Asynchronmotor zwei > 9C versetzte Phasenwicklungen aufweist, die aus einem in Zweiphasen-Brückenschaltung geschalteten und zwei Ausgangsspannungen mit einem zeitlichen Phasenversatz von 9O0abgebenden Wechselrichterteil des Umrichters gespeist werden, und daß der Sternpunkt des Drehfeldmotors an die Verbindung zweier in Reihe geschalteter, parallel zum Eingang des Wechselrichterteils liegender Zwischenkreis-Kondensatoren angeschlossen ist.This object is achieved in that the Asynchronous motor has two> 9C offset phase windings, which are fed from a two-phase bridge circuit and two output voltages with a temporal phase offset from the inverter part of the converter emitting 90 °, and that the star point of the rotating field motor is connected to the connection of two series-connected, parallel to the input of the inverter part lying intermediate circuit capacitors is connected.

Eine andere Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß die Phasenanschlüsse U und V des dreiphasigen Asynchronmotors an die Wechselspannungsklemmen eines in Zweiphasen-Brückenschaltung geschalteten Wechselrichtertejis des Umrichters und der Phasenanschluß W an die Verbindung zweier in Reihe geschalteter, parallel zum Eingang des Wechselrichterteils liegender Zwischenkreis-Kondensatoren angeschlossen sind.Another solution to the problem is that the phase connections U and V of the three-phase asynchronous motor to the AC voltage terminals of an in Two-phase bridge circuit switched inverter parts of the converter and the phase connection W to the connection of two series-connected, parallel to the Receipt of the Inverter part of the intermediate circuit capacitors are connected.

Beide Lösungen ergeben für die Kombination eines Umrichters mit einem Asynchronmotor ein Kostenoptimum, insbesondere bei Leistungen zwischen 10 und 100 KW.Both solutions result in the combination of a converter with a Asynchronous motor an optimal cost, especially for powers between 10 and 100 KW.

Ein Verfahren zum Betrieb der Antriebseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Frequenzstellbereich die Ausgangsströme des Wechselrichterteils durch Pulsbetrieb zwei sinusförmigen oder sinusformähnlichen, um 900 j? versetzten Führungsgrößen nachgeführt werden, und daß im oberen Frequenzstellbereich nach Erreichen eines Stromgrenzwertes die Ausgangsspannungen durch vorzeitiges Löschen oder Abschalten der Phasen begrenzt werden.A method for operating the drive device is characterized in that that the output currents of the inverter part through in the lower frequency setting range Pulse operation two sinusoidal or sinusoidal-like, around 900 j? offset reference variables be tracked, and that in the upper frequency setting range after reaching a Current limit value the output voltages by premature deletion or switching off the phases are limited.

Ein weiteres Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Frequenzstellbereich die Ausgangs ströme des Wechselrichterteils durch Pulsbetrieb zwei sinusförmigen oder sinusformähnlichen um 120° el versetzten Führungsgrößen nachgeführt werden, und daß im oberen Frequenzstellbereich nach Erreichen eines Stromgrenzwertes die Ausgangsspannungen durch vorzeitiges Löschen oder Abschalten der Phasen begrenzt werden, wobei der Phasenversatz von 1200 auf 600 zoll umgeschaltet wird.Another method is characterized in that in the lower Frequency setting range the output currents of the inverter part through pulse operation two sinusoidal or sinusoidal-like reference variables offset by 120 ° el be tracked, and that in the upper frequency setting range after reaching a Current limit value the output voltages by premature deletion or switching off of the phases can be limited, with the phase offset switched from 1200 to 600 inches will.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren 1 und 2 der Zeichnung näher beschrieben werden.An embodiment of the invention will be described below with reference to Figures 1 and 2 of the drawing are described in more detail.

Figur 1 zeigt eine Antriebseinrichtung, die aus einem Umrichter und einem zweiphasigen Asynchronmotor besteht und Figur 2 eine aus einem Umrichter und einer dreiphasigen Asynchronmaschine bestehende Antreibseinrichtung.Figure 1 shows a drive device, which consists of a converter and consists of a two-phase asynchronous motor and Figure 2 consists of a converter and a three-phase asynchronous machine.

Der in Figur 1 dargestellte Umrichter besteht aus einem an ein Drehstromnetz mit den Phasen R, S, T angeschlossenen Gleichrichter 1,der über eine Glättungsdrossel 2 zwei in Reihe liegende Zwischenkreiskondensatoren 3, 4 auflädt.The converter shown in Figure 1 consists of a three-phase network with the phases R, S, T connected rectifier 1, which has a smoothing choke 2 charges two intermediate circuit capacitors 3, 4 in series.

An den Zwischenkreiskondensatoren 3, 4 ist ein Wechselrichter 5 angeschlossen, der im Gegensatz zur üblichen 6-pulsigen Drehstrombrückenschaltung nur 2 Phasen, also 4 Stromrichterzweige 51 bis 54 aufweist. Dieser Umrichter speist einen beispielsweise als Käfigläufermotor ausgebildeten Asynchronmotor 6 - oder auch eine Mehrzahl von Asynchronmotoren - dessen Ständerwicklung aus zwei räumlich um 900 4 (1/2 Polteilung) versetzten Phasen besteht. Der Wechselrichter 5 wird derart gesteuert, daß an seinen Ausgangsklemmen zwei zeitlich um 900 versetzte Phasenspannungen entstehen.An inverter 5 is connected to the intermediate circuit capacitors 3, 4, which, in contrast to the usual 6-pulse three-phase bridge circuit, only has 2 phases, thus has 4 converter branches 51 to 54. This converter feeds you, for example Asynchronous motor 6 embodied as a squirrel cage motor - or else a plurality of Asynchronous motors - whose stator winding consists of two spatially around 900 4 (1/2 pole pitch) staggered phases. The inverter 5 is controlled so that at his Output terminals two phase voltages that are offset in time by 900 arise.

Die'Stromrichterzweige 51 bis 54 bestehen aus löschbaren Thyristoren, denen Dioden antiparallelgeschaltet sind. Die löschbaren Thyristoren sind üblicherweise aus der Parallelschaltung eines Thyristors mit der Reihenschaltung eines Löschkondensators und eines Löschthyristorsaufgebaut.The converter branches 51 to 54 consist of erasable thyristors, which diodes are connected in anti-parallel. The erasable thyristors are common from the parallel connection of a thyristor with the series connection of a quenching capacitor and a quenching thyristor.

Obwohl der Asynchronmotor eine von der üblichen Drehstromwicklung abweichende Ständerwicklung erhalten muß, läßt sich der Gesamtantrieb - Umrichter und Motor - durch den Fortfall einer Phase, d.h. zwei von sechs Brückenzweigen stark verbilligen: Durch den Fortfall von 1/3 der Halbleiterelemente im Wechselrichter 5 verringert sich die Anzahl der Kühlkörper, Impulsübertrager, Gitterbeschaltung und Anoden-Kathodenbeschaltung sowie der Kanäle für Iinpuls erzeugung, -formung und -verstärkung in der Steuerung auf 2/3.Although the asynchronous motor is one of the usual three-phase winding must have a different stator winding, the entire drive - converter and motor - due to the loss of one phase, i.e. two out of six bridge branches are strong cheaper: By eliminating 1/3 of the semiconductor elements in the inverter 5 the number of heat sinks, pulse transformers, grid wiring is reduced and anode-cathode wiring as well as the channels for pulse generation and shaping and gain in the control to 2/3.

Obwohl sich die Typenleistung pro Zweig um 50 X erhöht, verbleibt durch die Reduktion der Anzahl der Zweige auf 2/3 noch eine wesentliche Kostenersparnis, sofern Thyristoren mit genügend hoher Schaltleistung zur Verfügung stehen.Although the type performance increases by 50X per branch, it remains by reducing the number of branches to 2/3 a significant cost saving, provided thyristors with a sufficiently high switching capacity are available.

Das ist bei Typenleistungen zwischen unter ca. 100 KW und dem heutigen Stand berThyristorschaltleistung immer der Fall.For type outputs that is between under approx. 100 KW and today's Always the case with the thyristor switching capacity.

Die Steuerung des Umrichters erfolgt auf folgende Weise: Wegen der Totzeiten, die für Wechselrichter auf Thyristorbasis auf Mindestein- und -ausschaltzeiten des Wechselrichters für die -Umladung der den Thyristoren parallelgeschalteten Löschkondensatoren zurückzuführen sind, läßt sich die Spannung nur bis zu einer Ausgangsfrequenz von ca. 100 Hz durch Pulsen verstellen. Bei höheren Frequenzen kann während der Stromflußzeit nicht mehrere Male ein- und ausgeschaltet werden, sondern es muß am Ende der Stromführung vorzeitig gelöscht werden. Im unteren Drehzahlbereich der Asynchronmaschinewird daher der Strom durch Pulsbetrieb des Wechselrichters verstellt, wobei er einer sinusförmigen oder sinusformähnlichen Führungsgröße nachgeführt wird. Im oberen Drehzahlbereich, in dem ein Pulsen nicht mehr möglich ist, wird die Phasenspannung nach Erreichen eines Stromgrenzwertes vorzeitig für den Rest der 1800 9 Stromführungsdauer gelöscht. Der Phasenversatz beträgt immer 900 4? sowohl zwischen den 2 Phasenspannungen als auch zwischen den 2 Phasenströmen.The inverter is controlled in the following way: Because of the Dead times for inverters based on thyristors based on minimum switch-on and switch-off times of the inverter for recharging the quenching capacitors connected in parallel with the thyristors are due, the voltage can only be up to an output frequency of Adjust approx. 100 Hz by pulsing. At higher frequencies, during the current flow time not be switched on and off several times, but it has to be at the end of the current flow be deleted prematurely. In the lower speed range of the asynchronous machine therefore the current is adjusted by pulsed operation of the inverter, whereby it is a sinusoidal or sinusoidal-like reference variable is tracked. At the top The phase voltage becomes the speed range in which pulsing is no longer possible after reaching a current limit value prematurely for the remainder of the 1800 9 current carrying time turned off. The phase shift is always 900 4? both between the 2 phase voltages as well as between the 2 phase currents.

In Figur 2 ist die Kombination eines Drehstrom-Zweiphasenumrichters mit einem dreiphasigen Asynchronmotor 7 dargestellt. Hier kann ein Motor mit üblicher Drehstromwicklung Verwendung finden: regelt man durch Pulsen die Ströme in den an den Ausgängen des Wechselrichters 5 angeschlossenen Phasen U-X und V-Y des Asynchronmotors 7 auf sinusförmigen Verlauf mit einem Phasenversatz von 1200 , so stellt sich der Strom in der dritten, an die Verbindung der beiden Zwischenkreiskondensatoren 3, 4 angeschlossenen Phase W-Z ebenfalls sinusförmig mit einem Phasenversatz von 2400 rl ein. Der Phasenversatz zwischen den Phasenspannungen beträgt dabei 600 9 Im Bereich höherer Drehzahlen wird analog zum obengenannten Verfahren zum Betrieb eines zweiphasigen Asynchronmotors von der Stromregelung durch Pulsbetrieb auf eine Spannungsregelung durch Phasenanschnitt übergegangen, wobei der Phasenversatz von 120° # auf 60° # umgestellt werden muß.In Figure 2 is the combination of a three-phase two-phase converter shown with a three-phase asynchronous motor 7. Here a motor with usual Three-phase winding Find use: is controlled by pulsing the Currents in the phases U-X connected to the outputs of the inverter 5 and V-Y of the asynchronous motor 7 on a sinusoidal curve with a phase offset from 1200, the current in the third is at the junction of the two Intermediate circuit capacitors 3, 4 connected phase W-Z also sinusoidal with a phase shift of 2400 rl a. The phase offset between the phase voltages is 600 9 in the range of higher speeds is analogous to the above Method for operating a two-phase asynchronous motor from the current control Pulse operation switched to voltage regulation by phase control, with the phase offset must be changed from 120 ° # to 60 ° #.

Claims (4)

PatentansprücheClaims 1. Aus einem Umrichter und einem Asynchronmotor bestehende drehzahl steuerbare Antriebseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Asynchronmotor zwei räumlich um 900 tA versetzte Phasenwicklungen aufweist, die aus einem in Zweiphasen-Brückenschaltung geschalteten und zwei Ausgangsspannungen mit einem zeitlichen Phasenversatz von 90° zu abgebenden Wechselrichterteil des Umrichters gespeist werden, und daß der Sternpunkt des Drehfeldmotors an die Verbindung zweier in Reihe geschalteter, parallel zum Eingang des Wechselrichterteils (5) liegender Zwischenkreis-Kondensatoren (3, 4) angeschlossen ist.1. Speed consisting of an inverter and an asynchronous motor Controllable drive device, characterized in that the asynchronous motor has two phase windings spatially offset by 900 tA, which consist of a two-phase bridge circuit switched and two output voltages with a phase offset of 90 ° to be delivered inverter part of the converter are fed, and that the Star point of the rotating field motor to the connection of two series-connected, parallel To the input of the inverter part (5) lying intermediate circuit capacitors (3, 4) is connected. 2. Aus einem Umrichter und einem Asynchronmotor bestehende drehzahlsteuerbare Antriebs einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenanschlüsse U und V des dreiphasigen Asynchronmotors (7) an die Wechselspannungsklemmen eines in Zweiphasen-Brückenschaltung geschalteten Wechselrichterteil (5) des Umrichters und der Phasenanschluss W an die Verbindung zweier in Reihe geschalteter, parallel zum Eingang des Wechselrichterteils (5) liegender Zwischenkreis-Kondensatoren (3, 4) angeschlossen sind.2. Controllable speed consisting of a converter and an asynchronous motor Drive device, characterized in that the phase connections U and V des three-phase asynchronous motor (7) to the AC voltage terminals an inverter part (5) of the converter connected in a two-phase bridge circuit and the phase connection W to the connection of two series-connected, parallel To the input of the inverter part (5) lying intermediate circuit capacitors (3, 4) are connected. 3. Verfahren zum Betrieb einer Antriebseinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Sequenzstellbereich die Ausgangsströme des Wechselrichterteils (5) durch Puisbetrieb zwei sinusförmigen oder sinusformähnlichen um 900 d versetzten Führungsgrößen nachgeführt werden, und daß im oberen Frequenzstellbereich nach Erreichen eines Stromgrenzwertes die Ausgangsspannungen durch vorzeitiges Löschen oder Abschalten der Phasen begrenzt wird.3. A method for operating a drive device according to claim 1, characterized in that the output currents in the lower sequence adjustment range of the inverter part (5) by Puisbetrieb two sinusoidal or sinusoidal-like Reference variables offset by 900 d are tracked, and that in the upper frequency setting range after reaching a current limit value the output voltages by premature deletion or switching off the phases is limited. 4. Verfahren zum Betrieb einer Antriebseinrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch qekennzeichnet, daß im unteren Frequenzstellbereich die Ausgangsströme des Wechselrichterteils (5) durch Pusbetrieb zwei sinusförmigen oder sinusformähnlichen um 1200 ¢ versetzten Führungsgrößen nachgeführt werden, und daß im oberen Frequenzstellbereich nach Erreichen eines Stromgrenzwertes die Ausgangsspannungen durch vorzeitiges Löschen oder Abschalten der Phasen begrenzt werden, wobei der Phasenversatz von 120° IN auf 600 ç umgeschaltet wird.4. A method for operating a drive device according to claim 2, characterized in that the output currents in the lower frequency setting range of the inverter part (5) by means of pus operation, two sinusoidal or sinusoidal-like ones reference variables offset by 1200 ¢ be tracked, and that the output voltages in the upper frequency setting range after reaching a current limit value can be limited by premature deletion or disconnection of the phases, whereby the Phase offset is switched from 120 ° IN to 600 ç.