DE2446282A1 - Multiphase asynchronous motor - is suitable for handheld tools such as electric drills - Google Patents

Abstract

Multi-phase asynchronous motor for handheld electric tools, such as drills etc, comprises a d.c. fed switching unit having static circuit-components for generating the appropriate multi-phase current for the motor. The stator winding of the motor comprises a pair of discrete coils for each phase so arranged that they generate magnetic fields that oppose one another. Both discrete coils of each pair are switched on one after the other in time by means of the static circuit components and are fed with d.c. such that during the switch-on period of one discrete winding of one pair its other discrete winding is taken out of the circuit.

Description

Mehrphasen-Asynchronmotor Die Erfindung betrifft einen Mehrphasen-Asynchronmotor mit einer mit Gleichstrom gespeisten Schaltungsanordnungrnit statischen Schaltbauteilen zur Erzeugung eines entsprechenden Mehrphasenstroms für den Motor. Multi-phase asynchronous motor The invention relates to a multi-phase asynchronous motor with a circuit arrangement supplied with direct current with static switching components to generate a corresponding multi-phase current for the motor.

Bei kleinen Hand-Elektrowerkzeugen, wie Hand-Bohrmaschinen und dergleichen, werden heute gleichzeitig eine hohe Leistung und ein geringes Gewicht gefordert. Um dies zu erreichen werden heute bleiche Hand-Elektrowerkzeuge von Elektromotoren mit Drehzahlen in der Größenordnung von 12.000 U/min und darüber angetrieben.In the case of small hand-held power tools, such as hand drills and the like, today, high performance and low weight are required at the same time. To achieve this, pale hand-held power tools are used today by electric motors driven at speeds on the order of 12,000 rpm and above.

FUr solche Verwendungszwecke werden heute Ublicherweise Kollektor-Universalmotoren verwendet, welche filr Leistungen bis ca. 1.000 W und Lastdrehzahlen bis ca. 16.000 U/min eingesetzt werden.For such purposes, collector universal motors are usually used today used, which for powers up to approx. 1,000 W and load speeds up to approx. 16,000 RPM are used.

Nachteilig ist bei Kollektor-Universalmotoren, daß sie einen verhältnismäßig aufwendigen Rotor erfordern. Der Kollektor ist durch die gleitende Berührung mit den Kohlebürsten und durch "Feuern" einem nicht unerheblichen Verschleiß ausgesetzt. Bei einem solchen mit Kollektor-Universalmotor ausgerilsteten Hand-Elektrowerkzeug müssen ausserdem die Kohlebürsten nach deren Abnützung ausgewechselt werden. Dies alles macht eine häufigere Überholung des Motors und damit des Elektro-Handwerkzeugs notwendig, was sehr unerwünscht ist. Schließblich ist es schwierig, den Potoreines Kollektor-Universalmotors mit so geringer Unwucht herzustellen, wie dies angesichts der hohen- Betriebsdrehzahlen aus Gefunden der Lagerung und Verschleißfestigkeit wünschenswert is-t.The disadvantage of universal collector motors is that they have a relatively require elaborate rotor. The collector is through sliding contact with the carbon brushes and exposed to not inconsiderable wear due to "firing". With such a hand-held power tool equipped with a universal collector motor In addition, the carbon brushes must be replaced after they are worn out. this everything makes a more frequent overhaul of the engine and thus the electric hand tool necessary, which is very undesirable. After all, it is difficult to find the porterone To manufacture universal collector motors with as little unbalance as this given the high operating speeds found from the storage and wear resistance is desirable.

Drehstrom-Asynchronmotoren mit Käfiganker besitzen diese Nachteile nicht. Sie weisen keinen Kollektor und keine Kohleschleifbürsten auf. Der Anker läßt sich mit weniger Aufwand, robuster und mit kleinerer Unwucht bauen.Three-phase asynchronous motors with squirrel cage armature have these disadvantages not. They have no collector and no carbon brushes. The anchor can be built with less effort, more robust and with a smaller imbalance.

Nachteilig ist jedoch bei Drehstrom-Asynchronmotoren, daß sie Drehstrom erfordern, welcher nicht überall verfUgbar ist und daß sie im übrigen nur Drehzahlen von angenähert 3.000 Ulmin bei Anschluß an das Drehstromnetz mit 50 Hz erreichen. Bei gegebenem Leistungsbedarf für ein Elektrowerkzeug wird jedoch ein Drehstrom-Asynchronmotor mit einer Betriebsdrehzahl von nur ungefähr 3.000 U/min im Vergleich zu den üblichen Kollektor-Universalmotoren mit Drehzahlen von 12.000 U/min viel zu schwer. Da die Drehzahl von Drehstrom-Asynchronmotoren frequenzabhängig ist, sind bereits Versuche unternommen worden, Drehstrom-Asynchronmotoren mit Drehstrom variabler und/oder höherer Frequenz anzutreiben (Maschinenmarkt, 80 (1974) 53, 5. 1.022), um normale Asynchronmotoren dem jeweiligen Anwendungszweck besser anpassen zu können, z.B. an Werkzeugmaschinen.However, the disadvantage of three-phase asynchronous motors is that they are three-phase require, which is not available everywhere and that they only speed of approximately 3,000 Ulmin when connected to the three-phase network with 50 Hz. With a given power requirement for a power tool, however, a three-phase asynchronous motor is used with an operating speed of only about 3,000 rpm compared to the usual Collector universal motors with speeds of 12,000 rpm are far too heavy. Since the The speed of three-phase asynchronous motors is frequency-dependent, have already been tried been undertaken, three-phase asynchronous motors with three-phase variable and / or higher frequency to drive (Maschinenmarkt, 80 (1974) 53, 5.1022) to normal To be able to better adapt asynchronous motors to the respective application, e.g. on machine tools.

Bekannte Schaltungsanordnungen zur Erzeugung von Drehstrom aus Wechselstrom richten den Wechselstrom zunächst gleich und wandeln den so erhaltenen Gleichstrom in Drehstrom um.Known circuit arrangements for generating three-phase current from alternating current First rectify the alternating current and convert the direct current obtained in this way into three-phase current.

Dazu sind eine Gleichrichterschaltung und eine verhältnismäßig komplizierte 3-phasige Wechselrichterschaltung vorgesehen (DT-OS 2 217 781). Diese bekannte Schaltung verwendet neben npn-Transistoren auch pnp-Transistoren. pnp-Transistoren sind zur Zeit jedoch nur für Sperrspannungen bis zu etwa 100 Volt erhältlich. Bei Hand-Elektrowerkzeugen wird jedoch in der Regel eine Betriebsspannung von 220 oder 380 Volt gefordert, die mit der bekannten Schaltung nicht erreicht werden kann. Bei der bekannten Wechselrichterschaltung ist ferner nachteilig, daß sie durch die verschiedenen Typen in ihr verwendeter Transistoren eine relativ aufwendige Ansteuerung für die Transistoren erfordert. Ferner ist die bekannte Wechselrichterschaltung durch die Vielzahl benötigter Bauteile verhältnismäßig platzaufwendig. Sie kommt deshalb für Hand-Elektrowerkzeuge, wie etwa Hand-Elektrobohrmaschinen und dergleichen, nicht in Frage, da diese bei gegebener Leistung klein, leicht und wenig aufwendig sein sollen.In addition, a rectifier circuit and a relatively complicated one 3-phase inverter circuit provided (DT-OS 2 217 781). This known circuit used in addition to npn transistors, also pnp transistors. pnp transistors are currently only available for reverse voltages up to about 100 volts. at Hand-held power tools, however, will usually have an operating voltage of 220 or more 380 volts required, which cannot be achieved with the known circuit. In the known inverter circuit is also disadvantageous that they by the different types of transistors used in it require a relatively complex control required for the transistors. Furthermore, the known inverter circuit relatively space-consuming due to the large number of components required. she comes therefore for hand power tools, such as hand electric drills and the like, out of the question, as these are small, light and inexpensive for a given performance meant to be.

Durch die Erfindung soll deshalb insbesondere ein Mehrphasen-Asynchronmotor für hohe Drehzahlen von der eingangs genannten Art geschaffen werden, der kleiner, leichter und mit weniger Aufwand als bisher ausgebildet werden kann.The invention is therefore intended in particular to provide a multi-phase asynchronous motor be created for high speeds of the type mentioned, the smaller, can be trained more easily and with less effort than before.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Ständerwicklung des Motors für jede Phase ein Paar Einzelwicklungen aufweist, die so geschaltet sind, daR sie jeweils einander entgegengesetzte Magnetfelder erzeugen, und daß die beiden Einzelwicklungen eines Paars mittels statischer Schaltbauteile zeitlich nacheinander eingeschaltet werden, und mit Gleichstrom gespeist werden, wobei während der Einschaltdauer einer Einzelwicklung eines Paars seine andere ausgeschaltet ist.According to the invention this is achieved in that the stator winding of the motor has a pair of individual windings for each phase, which are connected in this way are that they each generate opposing magnetic fields, and that the two individual windings of a pair one after the other by means of static switching components be switched on, and fed with direct current, during the duty cycle one Single winding of a pair its other is off.

Übliche Drehstrom-Asynchrqnmotoren weisen als Ständerwicklung jeweils eine Wicklung pro Phase auf. Abweichend hiervon weist der Mehrphasen-Asynchronmotor gemäß der Erfindung ein Paar von zwei Einzelwicklungen je Phase auf. Diese Wicklungen des Motors gemäß der Erfindung sollen so geschaltet bzw. gewickelt sein, daß das von der ersten Einzelwicklung eines Paars erzeugte Magnetfeld dem Magnetfeld entgegengerichtet ist, das von der zweiten Wicklung des Paars erzeugt wird. Wenn also z. B. bei einem Dreiphasen-Asynchronmotor gemäß der Erfindung zunächst die erste Einzelwicklung eines Paars mit Gleichstrom gespeist wird und nach deren Abschaltung dann die zweite Einzelwicklung des Paars mit Gleichstrom gespeist wird, wird zunächst ein Magnetfeld in einer Richtung und danach ein Magnetfeld in der entgegengesetzten Richtung erzeugt, das grob angenähert dem Magnetfeld eines durch eine Phase einew Wechsel/stroms in der Wicklung für diese Phase der Ständerwicklung erzeugt wird. Anders als bei dem üblichen Drehstrom mit sinusförmigem Verlauf besitzt der durch die Einzelwicklungen einer Phase des Asynchronmotors gemäß der Erfindung flieRende Strom und damit auch der durch diesen erzeugte Magnet fluß in Abhängigkeit von der Zeit etwa Rechteckform, da er durch Ein- bzw.-Ausschaltung eines Gleichstroms gewonnen wurde.Usual three-phase asynchronous motors each have as stator windings one winding per phase. The polyphase asynchronous motor deviates from this according to the invention, a pair of two individual windings per phase. These windings of the motor according to the invention should be switched or wound so that the The magnetic field generated by the first single winding of a pair is directed in the opposite direction to the magnetic field generated by the second winding of the pair. So if z. B. at one Three-phase asynchronous motor according to the invention initially the first single winding of a pair is fed with direct current and then the second after it has been switched off Single winding of the pair is fed with direct current, first a magnetic field generates a magnetic field in one direction and then in the opposite direction, which roughly approximates the magnetic field of an alternating current through a phase in the winding is generated for this phase of the stator winding. Different from that The usual three-phase current with a sinusoidal curve is produced by the individual windings a phase of the asynchronous motor according to the invention and thus also flowing current the magnetic flux generated by this as a function of time is roughly rectangular in shape, because it was obtained by switching a direct current on or off.

Mit der Schaltungsanordnung gemaß der Erfindung können theoretisch Mehrphasenströme beliebiger Phasenzahl, beliebiger Frequenz und in weiten Grenzen veränderbarer Einschaltdauer undEinschaltzeitpunkte der Einzelwicklungen für jede Phase erzeugt werden. Vorzugsweise werden jedoch 3-Phasenströme mit 1200 Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Phasen und mit einerEimchaltdauer von 600, 1200 oder 1800 (el.) erzeugt.With the circuit arrangement according to the invention can theoretically Multi-phase currents of any number of phases, any frequency and within wide limits variable duty cycle and switch-on times of the individual windings for each Phase are generated. However, 3-phase currents with 1200 phase shift are preferred between the individual phases and with a duty cycle of 600, 1200 or 1800 (el.) generated.

Die Lösung gemäß der Erfindung bietet den Vorteil, daß åie mit einer sehr geringen Zahl von Schaltbauteilen auskommt. Bei Transistoren als Schaltbauteile sind nur solche eines Typs erforderlich. Zweckmäßig werden npn-Transistoren verwendet, die genügend spannungsfest für Betriebsspannungen von 220 bzw. 380 Volt sind. Bei Thyristoren kann, wie später zu zeigen ist, deren Löschung sehr einfach und mit wenig Aufwand erreicht werden. Der Wickelaufwand für den Mehrphasen-Asynchronmotor gemäß der Erfindung ist nur unbedeutend größer als bei üblichen Drehstrom-Asynchronmotoren.The solution according to the invention has the advantage that åie with a very small number of switching components. With transistors as switching components only one type is required. It is advisable to use npn transistors, which are sufficiently voltage-proof for operating voltages of 220 or 380 volts. at As will be shown later, thyristors can be extinguished very easily and with little effort can be achieved. The winding effort for the polyphase asynchronous motor according to the invention is only slightly larger than in conventional three-phase asynchronous motors.

Wegen der geringen Anzahl erforderlicher Schaltbauteile können diese direkt in dem Hand-Elektrowerkzeug, z. B. einer Hand-Elektrobohrmaschine, untergebracht werden. Die Ansteuerung der statischen Schaltbauteile kann, wie bekannt, z. B. durch ein Ring-Schieberegister mit einem Ausgang für jede Speicherstelle erfolgen. Das Ring-Schieberegister kann z. B. mit einer von der 50 Hz-Wechsel-Netzspannung abgeleisteten Frequenz oder von einer freien Taktfrequenz eines Multivibrators getaktet werden.Because of the small number of switching components required, these directly in the hand-held power tool, e.g. B. a hand electric drill housed will. The control of the static switching components can, as is known, for. B. by a ring shift register with an output for each memory location. That Ring shift register can e.g. B. with one of the 50 Hz AC mains voltage frequency or clocked by a free clock frequency of a multivibrator.

Die Wicklungen machen als Induktivitäten natürlich die üblichen Spannungsschutzeinrichtungen für die statischen Schaltbauteile, insbesondere bei den bevorzugt verwendeten Halbleiter-Schaltbauteilen, erforderlich.As inductors, the windings naturally make the usual voltage protection devices for the static switching components, especially for the preferred semiconductor switching components, necessary.

Die statischen Schaltbauteile sind zweckmäßig Halbleiterbauteile, wie z. B. Thyristoren oder Transistoren. Bei Verwendung von Thyristoren kann deren Löschung vorteilhaft dadurch erfolgen, daß der Löschkondensator für einen Thyristor mit seinem einen Anschluß an die Anode dieses zu löschenden Thyristors und mit seinem anderen Anschluß vor der Anode eines anderen Thyristors auf dessen Anodenseite angeschlossen ist, der zu dem Zeitpunkt, zu dem der eine Thyristor gelöscht werden soll, gezündet wird. Durch diese Wahl der Schaltungsanordnung sind außer den Kondensatoren keine besonderen Löscheinrichtungen, wie etwa zusätzliche und nur für die Löschung verwendete Thyristoren notwendig. Vielmehr können die ohnehin vorzusbhenden Thyristoren auch für die gegenseitige Löschung verwendet werden.The static switching components are expediently semiconductor components, such as B. thyristors or transistors. When using thyristors, their Cancellation advantageously take place in that the quenching capacitor for a thyristor with its one connection to the anode of this thyristor to be quenched and with its other terminal connected in front of the anode of another thyristor on its anode side is triggered at the point in time at which the one thyristor is to be extinguished will. As a result of this choice of circuit arrangement, there are no capacitors apart from the capacitors special extinguishing devices, such as additional ones that are only used for deletion Thyristors necessary. Rather, the thyristors, which are to be provided anyway, can also used for mutual deletion.

Die Zahl der notwendigen Löschkondensatoren hängt von der Einschaltdauer der Einzelwicklungen und der Anzahl der Phasen des Mehrphasenstroms ab. Bei Dreiphasenstrom (Quasi-Drehstrom) und einer Einschaltdauer von 1800 (el.) sind drei Löschkondensatoren notwendig. Bei einer Einschaltdauer von 120°oder 60° (el.)sindsechsLöschkondensatoren notwendig.The number of quenching capacitors required depends on the duty cycle of the individual windings and the number of phases of the multiphase current. With three-phase current (Quasi-three-phase current) and a duty cycle of 1800 (el.) Are three quenching capacitors necessary. With a duty cycle of 120 ° or 60 ° (el.) are six quenching capacitors necessary.

DieVerwendung von Transistoren als Schaltbauteile bietet den Vorteil, daß die Eins altdanerder Wicklungen in weiten Grenzen zur Leistungssteuerung stufenlos verändert werden können.The use of transistors as switching components offers the advantage that the Eins Altdanerder windings are infinitely variable within wide limits for power control can be changed.

Um die einander entgegengesetzte Richtung des Magnetfeldes für die beiden Einzelwicklungen eines Paars zu erzielen können zwei verschiedene Schaltungsanordnungen vorgeschen sein. Nach der ersten Schaltungsanordnung sind die Einzelwicklungen eines Paars jeweilsin zueinanderentgegengesetztem Wickelsinn gewickelt, d. h., wenn die eine Wicklung rechtsgngig gewickelt ist, ist die andere Wicklung linksgängig gewickelt. Benachbarte Anschlüsse der Einzelwicklungen (d. h. Anschlüsse an den jeweils benachbarten Enden der Einzelwicklungen eines Paars) werden dann jeweils mit gleicher Polarität des Speise-Gleichstroms beaufschlagt,wobei natürlich die eine Wicklung erst dann eingeschaltet wird, wenn die andere ausgeschaltet ist.To the opposite direction of the magnetic field for the Two different circuit arrangements can be used to achieve two individual windings of a pair be in front. According to the first circuit arrangement, the individual windings are one Pairs each wound in opposite directions of winding, d. i.e. if the one winding is right-handed, the other winding is left-handed. Adjacent connections of the individual windings (i.e. connections to the respectively adjacent Ends of the individual windings of a pair) are then each with the same polarity of the supply direct current applied, of course the one winding only then turns on when the other is turned off.

Die Einzelwicklungen eines Paars können aber auch in zueinander gleichem Wickelsinn, d. h. beide rechtsgängig oder beide linksgängig gewickelt werden. Nur ist dann erforderlic, daß benachbarte Anschlüsse der Einzelwicklungen eines Paars jeweils mitentgegengesetzter Polarität des Gleichstroms beaufschlagt werden.The individual windings of a pair can, however, also be identical to one another Winding sense, d. H. both right-hand or both left-hand wound. Just it is then necessary that adjacent connections of the individual windings of a pair are applied with opposite polarity of the direct current.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, auf welche wegen deren Einfachheit und Klarheit bezüglich der Offenbarung der Erfindung ausdrücklich Bezug genommen wird.Preferred embodiments of the invention are shown below Reference to the accompanying drawings explains which for their simplicity and for clarity as to the disclosure of the invention, reference is expressly made will.

Es zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer ersten Ausführungsform eines Dreiphasen-Asynchronmotors gemäß der Erfindung mit Löschkondensatoren für 600 Anschaltdauer der einzelnen Wicklungen, Fig. 2 ein Prinzipschaltbild der Ständerwicklungen des Asynchronmotors gemäß Fig. 1, Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer weiteren Aus führungs form eines Dreiphasen-Asynchronmotors gemäß der Erfindung mit Löschkondensatoren für 1200 Anschaltdauer der einzelnen Wicklungen, Fig, 4 ein Prinzipschaltbild noch einer weiteren Ausführungsform eines Dreiphasen-Asynchronmotors gemäß der Erfindung mit Löschkondensatoren für 1800 Anschaltdauer der einzelnen Wicklungen, Fig. 5a3 5b und 5c schematische Diagramme der Spannungen an den einzelnen Ständerwicklungen über der Zeit fÜr die Ausführungsformen gemäß den Figuren 1, 3 und 4 und Fig. -6 eine weitere Aus führungs form eines Dreiphasen-Asynchronmotors gemäß der Erfindung.1 shows a basic circuit diagram of a first embodiment a three-phase asynchronous motor according to the invention with quenching capacitors for 600 turn-on duration of the individual windings, FIG. 2 shows a basic circuit diagram of the stator windings of the asynchronous motor according to FIG. 1, FIG. 3 is a basic circuit diagram of a further off Management form of a three-phase asynchronous motor according to the invention with quenching capacitors for 1200 turn-on duration of the individual windings, FIG. 4 is a basic circuit diagram another embodiment of a three-phase asynchronous motor according to the invention with quenching capacitors for 1800 on-time of the individual windings, Fig. 5a3, 5b and 5c are schematic diagrams of the voltages on the individual stator windings over time for the embodiments according to Figures 1, 3 and 4 and Fig. -6 a further embodiment of a three-phase asynchronous motor according to the invention.

In Fig. 1 sind die Ständerwicklungen U1, X U2 für die erste Phase, V1,'V2 für die zweite Phase und W1, W2 für die drit-und einem Sternpunkt 5 für te Phase einen Drehstrom-Asynchronmotor gezeigt. Die Wicklungen U1, Vi und Wl sind jeweils rechtsgängig gewickelt, wohingegen die Wicklungen 1J2, V2 und W2 linksgängig gewikkelt sind. In Reihe mit der Wicklung U1 liegt ein Thyristor 1.In Fig. 1, the stator windings U1, X U2 for the first phase, V1, 'V2 for the second phase and W1, W2 for the third and a star point 5 for te Phase a three-phase asynchronous motor is shown. The windings U1, Vi and Wl are each wound right-hand, whereas the windings 1J2, V2 and W2 left-hand are wrapped. A thyristor 1 is connected in series with winding U1.

In gleicher Weise liegen in Reihe mit den Wicklungen U2, V1, V2, Wl, W2 Thyristoren 2, 3> 4, 5 bzw. 6. Ein an Wechselstrom vom Netz 7 angeschlossener Gleichrichter 8 speist diese Schaltungsanordnung mit Gleichstrom. Die einen Anschlüsse aller Wicklungen U1... W2 sind an die positive Klemme de. Gleichrichters angeschlossen, während die Thyristoren mit ihren Katoden an die negative Klemme der Gleichrichteranordnung 8 angeschlossen sind, wie dies aus Fig. 1 näher ersichtlich ist.In the same way, in series with the windings U2, V1, V2, Wl, W2 thyristors 2, 3> 4, 5 or 6. One connected to alternating current from mains 7 Rectifier 8 feeds this circuit arrangement with direct current. One connections of all windings U1 ... W2 are to the positive terminal de. Rectifier connected, while the thyristors with their cathodes to the negative terminal of the rectifier arrangement 8 are connected, as can be seen in more detail from FIG.

Über dem Thyristor 1 liegt mit zur Polarität des Thyristors 1 entgegengesetzter Polarität eine Rückstromdiode 17, die beim Löschen des Thyristors den restlichen Entladestrom vom Löschkondensator führen kann.Above the thyristor 1 is opposite to the polarity of the thyristor 1 Polarity a reverse current diode 17, the remaining when the thyristor is cleared Discharge current from the quenching capacitor.

In gleicher Weise liegen auch über den Thyristoren 2, 3, 4, 5 und 6 Rückstromdioden 18, 19, 20, 21, und 22.In the same way are also across the thyristors 2, 3, 4, 5 and 6 reverse current diodes 18, 19, 20, 21, and 22.

Zur Zündung der Thyristoren 1 bis 6 zum richtigen Zeitpunkt ist ein Ring-Schieberegister 9 mit jeweils einem Ausgang für jeden Thyristorvorgesehen. Das Ring-Schieberegister 9 wird von einem Pulsgeber 10 mit variabler Puis?requenz getaktet, um die Frequenz des durch die Thyristoren 1 bis 6 und die Wicklungen U1... W2 erzeugten Dreiphasenstroms (Quasi Drehstrom) steuern zu können Zwischen die Anoden der Thyristoren 1 und 6 ist ein Ldschkondensator 11 geschaltet. In ähnlicher Weise ist zwischen die Anoden der Thyristoren 6 und 3 die Anoden der Thyriestoren 3 und 2, die Anoden der Thyristoren 2 und 5s die Anoden der Thyristoren 5 und 4 und die Anoden der Thyristoren 4 und 1 ein Löschkondensator 12, 13, 14, 15 bzw. 16 geschaltet.To ignite the thyristors 1 to 6 at the right time is a Ring shift register 9 provided with one output for each thyristor. The ring shift register 9 is controlled by a pulse generator 10 with a variable pulse frequency clocked to the frequency of the thyristors 1 to 6 and the windings U1 ... W2 generated three-phase current (quasi three-phase current) to be able to control between the anodes the thyristors 1 and 6 a Ldschkondensator 11 is connected. In a similar way is between the anodes of the thyristors 6 and 3, the anodes of the thyriestors 3 and 2, the anodes of the thyristors 2 and 5s the anodes of the thyristors 5 and 4 and the Anodes of the thyristors 4 and 1 are connected to a quenching capacitor 12, 13, 14, 15 and 16, respectively.

In Reihe mit dem Thyristor 1 und der Einzelwicklung U1 liegt zwischen diesen eine Diode 23, der Kathode an die Anode des Thyristor 1 angeschlossen ist. In gleiche Weise liegen in Reihe mit den Thyristoren 2, 3, 4, 5 und 6 Dioden 24, 25, 26, 27 und 28.In series with the thyristor 1 and the single winding U1 lies between these a diode 23, the cathode is connected to the anode of the thyristor 1. In the same way, in series with the thyristors 2, 3, 4, 5 and 6 diodes 24, 25, 26, 27 and 28.

Nachfolgend soll der Betrieb der Schaltung gemäß Fig. 1 unter Bezugnahme auf das Diagramm von Fig. 5a erläutert werden.The operation of the circuit according to FIG. 1 will now be described with reference to be explained on the diagram of Fig. 5a.

In Fig. 5a ist der Verlauf der an die Einzelwicklungen U1, U2, V1, V2 und W1, W2 jeder Phase angelegten Spannung VG von der Gleichrichteranordnung 8 über der Zeit (t) bzw.In Fig. 5a is the course of the individual windings U1, U2, V1, V2 and W1, W2 of each phase applied voltage VG from the rectifier arrangement 8 over time (t) or

der besseren Anschaulichkeit wegen über dem elektrischen Winkel dargestellt. Die Wicklungen werden immer mit Gleichspannung UG gleicher Polarität von der Gleichrichteranordnung durchflossen; wenn in Fig. 5 die Gleichspannungsblöcke für jeweils ein Paar Wicklungen ober- bzw. unterhalb einer Mittellinie dargestellt sind, so nur, um die unterschiedliche durch den Strom hervorgerufene Magnetisierungsrichtung zu veranschaulichen. Wie aus Fig. 5a ersichtlich wird zunächst der Thyristor 1 gezündet, so daß die volle Gleichspannung von dem Gleichrichter 8 an die rechtsgEnzg gewickelte Wicklung U1 geschaltet wird. Dadurch entsteht ein in einer ersten Richtung gerichtetes Magnetfeld für diese Phase. Die Gleichspannung steht von 00 (el.) bis 600 (el.) an der Wicklung U1 an. Danach wird, wie weiter unten noch näher erläutert wird, der Thyristor 1 durch den Kondensator 11 gelöscht.for the sake of clarity, shown above the electrical angle. The windings are always supplied with a DC voltage UG of the same polarity from the rectifier arrangement flowed through; if in Fig. 5 the DC voltage blocks for each pair of windings are shown above or below a center line, so only to the different to illustrate the direction of magnetization caused by the current. As from Fig. 5a can be seen first of the thyristor 1 is ignited, so that the full DC voltage from the rectifier 8 to the right-handed winding U1 is switched. This creates a magnetic field directed in a first direction for this phase. The DC voltage is from 00 (el.) To 600 (el.) On the winding U1 on. Then, as will be explained in more detail below, the thyristor 1 cleared by the capacitor 11.

Um nun diein Abständen von 600 (el.) folgenden Gleichstromblöcke entsprechend einem 1200 phasenverschobenem 3-phasen Wechselstrom auf die Wicklungen U1 bis W2 aufzuteilen, werden in weiterer Folge die Wicklungen W2, V1, U2, W1 und V2 eingeschaltet.Around the following DC blocks at intervals of 600 (el.) Accordingly a 1200 phase shifted 3-phase alternating current on the windings U1 to W2 to divide, the windings W2, V1, U2, W1 and V2 are switched on in a further sequence.

Wie aus Fig. 5a ersichtlich ist, erzeugen die rechtsgewickelten Wicklungen Ua, V1 und W1 jeweils ein Magnetfeld in einer Richtung, während die linksgewickelten Wicklungen U2, V2 und W2 ein entgegengerichtetes Magnetfeld ergeben.As can be seen from Fig. 5a, the right-hand windings produce Ua, V1 and W1 each have a magnetic field in one direction, while the left-hand windings U2, V2 and W2 generate an opposing magnetic field result.

Durch die beschrieMene Schaltfolge U1-W2-V1-U2-W1-V2 werden die rechtsgewickelten Wicklungen U1, V1 und W1 in einer Phasenfolge von jeweils 1200 (el.) eingeschaltet, während die entgegengesetzten Wicklungen U2, V2 und W2 180° (el.) dazu verschoben ebenfalls in einer Phasenfolge von 1200 (el.) eingeschaltet werden. Dieser Schaltrhythmus entspricht Jenem des 3-phasen Drehstromes.With the described switching sequence U1-W2-V1-U2-W1-V2, the right-hand winding Windings U1, V1 and W1 switched on in a phase sequence of 1200 (el.) Each, while the opposite windings U2, V2 and W2 shifted 180 ° (el.) to it can also be switched on in a phase sequence of 1200 (el.). This switching rhythm corresponds to that of 3-phase alternating current.

Der Thyristor 1 wird folgendermaßen gelöscht: Beim gezündeten Thyristor 1 lädt sich der Kondensator 11 über die Wicklung W2 und die Diode 28 auf. Wird nun der Thyristor 6 gezündet, entsteht ein Entladestrom, der dem Thyristorstrom von Thyristor 1 entgegengesetzt gerichtet ist sodaß der Thyristorstrom Null wird und der Entladestrom über die.Diode 17 weiterfließt. Dabei verlöscht der Thyristor 1.The thyristor 1 is extinguished as follows: When the thyristor is triggered 1, the capacitor 11 is charged via the winding W2 and the diode 28. Will now the thyristor 6 is ignited, a discharge current is created, which corresponds to the thyristor current of Thyristor 1 is directed in the opposite direction so that the thyristor current is zero and the discharge current continues to flow through the diode 17. The thyristor 1 goes out.

Um zu verhi-ndern, daß sich der Löschkondensator 11 vorzeitig teilweise entlädt, ist die Diode 28 in Serie mit der Wicklung W2 geschaltet.To prevent the quenching capacitor 11 from prematurely partially discharges, the diode 28 is connected in series with the winding W2.

In der Regel wird in Serie mit der Diode 17 eine Löschrossei geschaltet, welche der Einfachheit halber nicht eingezeichnet wurde.As a rule, an extinguishing circuit is connected in series with diode 17, which has not been drawn for the sake of simplicity.

In ähnlicher diese werden die Thyristoren 2 bis 6 durch Leitendwerden des ihnen über die Verbindung mittels des entsprechenden Löschkondensators zugeordneten Thyristors gelöscht. In Fig. 2 sind die Ständer-Doppewicklungen Ul, U2. V1 V2, W1 W2 des Dreiphasen-Asynchronmotors gemäß der Erfindung anschaulicher dargestellt.Similarly, thyristors 2 to 6 become conductive the associated with them via the connection by means of the corresponding quenching capacitor Thyristor cleared. In Fig. 2 the stator are double windings Ul, U2. V1 V2, W1 W2 of the three-phase asynchronous motor according to the invention more clearly shown.

In Fig. 3 ist eine Fig. 1 ähnliche Schaltung gezeigt, in welcher der Einfachheithalber nur die Wicklungen Ul ... W2, die Thyristoren 1 bis 6, die Löschkondensatoren 29 bis 34 sowie die Rückstromdioden 17 bis 22 und die Dioden 23 bis 28 dargestellt sind. Der Löschkondensator 29 ist zwischen die Anoden der Thyristoren 1 und 3, der Löschkondensator 30 zwischen die Anoden der Thyristoren 3 und 5, der Löschkondensator 31 ;wischen die Anoden-der Thyristoren 5 und 1, der Löschkondensator 32 zwischen die Anoden der Thyristoren 2 und 4, der Löschkondensator 33 zwischen die Anoden der Thyristoren 4 und 6 und der Löschkondensator 34 zwischen die Anoden der Thyristoren 6 und 2 geschaltet. Die Schaltung der Löschkondensatoren -gemäßFig. 3 entspricht einer Anschaltdauer der einzelnen Wicklungen von 1200 (el). Der zeitliche Verlauf der Spannungen an den Einzelwicklungen Um... W2 für die Schaltung gemäß Fig. 3 ist in Fig. 5b dargestellt. Daraus und in Verbindung mit der vorhergehenden Beschreibung der Wirkung der Löschkondensatoren für die Fig. 1 ist die Arbeitsweise der Löschkondensatoren gemäß Fig. 3 für den Fachmann ohne weiteres verständlich.In Fig. 3, a Fig. 1 similar circuit is shown in which the For the sake of simplicity, only the windings Ul ... W2, the thyristors 1 to 6, the quenching capacitors 29 to 34 as well as the reverse current diodes 17 to 22 and the diodes 23 to 28 are shown are. The quenching capacitor 29 is between the anodes of the thyristors 1 and 3, the Quenching capacitor 30 between the anodes of the thyristors 3 and 5, the quenching capacitor 31; wipe the anodes of the thyristors 5 and 1, the quenching capacitor 32 between the anodes of the thyristors 2 and 4, the quenching capacitor 33 between the anodes the thyristors 4 and 6 and the quenching capacitor 34 between the anodes of the thyristors 6 and 2 switched. The circuit of the quenching capacitors according to Fig. 3 corresponds a switch-on duration of the individual windings of 1200 (el). The course over time of the voltages on the individual windings Um ... W2 for the circuit according to FIG. 3 shown in Fig. 5b. From this and in connection with the previous description the effect of the quenching capacitors for FIG. 1 is the mode of operation of the quenching capacitors according to FIG. 3 easily understandable for a person skilled in the art.

Fig. 4 zeigt ein den Fig. 1 und 3 ähnliches Schaltbild, wobei wiederum der Einfachheithalber lediglich die Wicklungen U1 ... W2, die diesen zugeordneten Thyristoren 1 bis 6, die Löschkondensatoren 35 bis 37 sowie die Dioden 17 bis 22 bzw.Fig. 4 shows a circuit diagram similar to Figs. 1 and 3, again for the sake of simplicity, only the windings U1 ... W2 associated with them Thyristors 1 to 6, the quenching capacitors 35 to 37 and the diodes 17 to 22 respectively.

23 bis 28, dargestellt sind. Der Löschkondensator 35 ist zwischen die Anoden der Thyristoren 1 und 2, der LOschkondensator 36 zwischen die Anoden der Thyristoren 3 und 4 und der Löschkondensator 37 zwischen die Anoden der Thyristoren 5 und 6 geschaltet. Das Zeitdiagramm der Spannungen an den Einzelwicklungen U1 ... W2 für die Schaltung gemäß Fig. 4 ist in Fig. 5c dargestellt. Danach ist jede Wicklung U1... W2 für die Dauer von 1800 (el.) eingeschaltet. Bei dieser Betriebsweise ergibt sich die besonders geringe Anzahl von drei Löschkondensatoren 35, 36 bzw. 37.23 to 28 are shown. The quenching capacitor 35 is between the anodes of the thyristors 1 and 2, the quenching capacitor 36 between the anodes the thyristors 3 and 4 and the quenching capacitor 37 between the anodes of the thyristors 5 and 6 switched. The time diagram of the voltages on the individual windings U1 ... W2 for the circuit according to FIG. 4 is shown in FIG. 5c. After that, every winding is U1 ... W2 switched on for the duration of 1800 (el.). In this mode of operation results The particularly small number of three quenching capacitors 35, 36 and 37, respectively.

Die Wirkungsweise. der Löschkondensatoren 35 bis 37 ist für den Fachmann entsprechend der für Fig. 1 beschriebenden Wirkungsweise der Löschkondensatoren ohne weiteres verständlich, so daß sich eine näher Erörterung dieser Betriebsweise erübrigt.The mode of action. the quenching capacitors 35 to 37 is for those skilled in the art corresponding to the mode of operation of the quenching capacitors described for FIG. 1 readily understandable, so that a more detailed discussion of this mode of operation unnecessary.

Gemäß Fig. 6 kann anstelle der Schaltung mit Thyristoren auch eine Schaltung mit Transistoren vorgesehen sein. Bei dieser Schaltung sind in gleicher Weise wie in den Fig. 1, 3 und 4 für 3eden Pol des Ständers gegensinnig gewickelte Wicklungen U1 bzw. U2, V1 bzw. V2 und W1 bzw. W2 vorgesehen.According to FIG. 6, instead of the circuit with thyristors, a Circuit with transistors can be provided. In this circuit are in the same Way as in Figs. 1, 3 and 4 for 3 the pole of the stator wound in opposite directions Windings U1 or U2, V1 or V2 and W1 or W2 are provided.

In Reihe mit jeder Wicklung liegen Transistoren 38 bis 43, deren Basen Jeweils an ein Ansteurerungsgerät 44 angeschlossen sind, welches jeden der Transistoren zum gewünschten Zeitpunkt ein- bzw. ausschaltet.In series with each winding are transistors 38 to 43, their bases Are each connected to a control device 44, which each of the transistors switches on or off at the desired time.

Die beim Ausschalten der Wicklungen U1-W2 entstehenden Blinfströme werden in an sich bekannter Weise über zusätzliche Schältelemente wie Dioden, Kondensatoren, Drosseln oder Widerstände abgeleitet. Auf eine Darstellung der vielen möglichen Schaltungsvarianten dieser Schaltelemente wurde.The ones that arise when the windings U1-W2 are switched off Flash currents are in a known manner via additional switching elements such as diodes, capacitors, Chokes or resistors derived. To a representation of the many possible Circuit variants of these switching elements was.

der Übersicht halber verzichtet. omitted for the sake of clarity.

Allen Ausführungsformen der Erfindung ist gemeinsam, daß der Dreiphasen-Asynchronmotor vorzugsweise einen Käfigkuzschlußläufer aufweist. All embodiments of the invention have in common that the three-phase asynchronous motor preferably has a squirrel cage rotor.

- Patentansprüche -- patent claims -

Claims (1)

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Mehrphasen-Asynchronmotor mit einer mit Gleichstrom gespeisten Schaltungsanordnung mit statischen Schalt bauteilen zur Erzeugung eines entsprechenden Mehrphasenstroms für den -Motor, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t > daß die Ständerwicklung des Motors für jede Phase ein Paar Einzelwicklungen (U1, U2; V1, V2; Wi, W2; ...N1, N2) aufweist, die so geschaltet sind, daß sie jeweils einander entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder erzeugen, und daß die beiden Einzelwicklungen eines Paars mittels statischer Schaltbauteile zeitlich nacheinander eingeschaltet und mit Gleichstrom gespeist werden, wobei während der Einschaltdauer einer Einzelwicklung (U1, V1, W1 .... N1) eines Paars seine andere (U2, V2, W2 N2) ausgeschaltet ist. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Multi-phase asynchronous motor with a DC-fed circuitry with static switching components for Generation of a corresponding multiphase current for the -Motor, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t> that the stator winding of the motor for each phase a pair of individual windings (U1, U2; V1, V2; Wi, W2; ... N1, N2) which are connected in this way are that they each generate oppositely directed magnetic fields, and that the two individual windings of a pair by means of static switching components are switched on in succession and fed with direct current, with during the duty cycle of a single winding (U1, V1, W1 .... N1) of a pair is the other (U2, V2, W2 N2) is switched off. 2. Asynchronmotor-nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e'n n -z e i c h n e t , daß die Einzelwicklungen eines Paars jeweils in zueinander entgegengesetztem Wickelsinn gewickelt sind und benachbarte Anschlüsse der Einzelwicklungen eines Paars Jeweils mit gleicher Polarität beaufschlagt werden, Asynchronmotor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Einzelwicklungen eines Paars jeweils in zueinander gleichem Wickelsinn gewickelt und benachbarte Anschlüsse der Einzelwicklungen eines Paars jeweils mit entgegengesetzter Polarität beaufschlagt werden.2. Asynchronous motor according to claim 1, d a d u r c h g e k e'n n -z e i c h n e t that the individual windings of a pair are opposite to one another Winding direction are wound and adjacent connections of the individual windings one The same polarity is applied to each pair, asynchronous motor according to claim 1, that the individual windings of a pair each wound in the same direction of winding and adjacent connections of the Individual windings of a pair each applied with opposite polarity will. 4. Asynchronmotor nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß jeder Einzelwicklung jeweils ein statisches Schaltbauteil zugeordnet ist.4. Asynchronous motor according to claim 1 to 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that each individual winding has a static switching component assigned. 5. Asynchronmotor nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die statischen Schaltbauteile Thyristoren (1, 2, ... 6) sind.5. Asynchronous motor according to claim 1 to 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the static switching components thyristors (1, 2, ... 6) are. 6. Asynchronmotor nach Anspruch 5, bei dem die Löschung der Thyristoren durch Löschkondensatoren erfolgt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Löschkondensator (11 bis 16; 29 bis 34; 35 bis 37) für einen Thyristor (1 bis 6) mit seinem einen Anschluß an die Anode dieses zu löschenden Thyristors und mit seinem anderem Anschluß vor der Anode eines anderen Thyristors auf dessen Anodenseite angeschlossen ist, der zu dem Zeitpunkt zu dem der eine Thyristor gelöscht werden soll, gezündet wird.6. Asynchronous motor according to claim 5, wherein the deletion of the thyristors takes place through quenching capacitors, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the quenching capacitor (11 to 16; 29 to 34; 35 to 37) for a thyristor (1 to 6) with its one connection to the anode of this thyristor to be extinguished and with its other connection in front of the anode of another thyristor on its anode side connected at the time at which the one thyristor will be deleted is supposed to be ignited. 7. Asynchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die statischen Schaltbauteile Transistoren (38 bis 43) eines Typs sind.7. Asynchronous motor according to one of claims 1 to 4, d a d u r c h it is noted that the static switching components are transistors (38 to 43) are of one type. 8. Asynchronmotor nach Anspruch 7, d a d u r zu c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Transistoren npn-Transistoren sind.8. Asynchronous motor according to claim 7, d a d u r to c h g e k e n n -z e i c h n e t that the transistors are npn transistors. L e e r s e i t eL e r s e i t e