DE2455876C2 - Drehzahlsteuerbarer drehstromantrieb - Google Patents

Description

3o Im folgenden wird der erfindungsgemäße Drehstromantrieb beispielhaft anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer erfindungsgemaßen Drehstrom-Drehstrom-Maschinenkaskade mit ge-

Die Erfindung betrifft einen drehzahlsteuerbaren 35 steuerten! Stromrichter im Speisekreis des Synchron-Drehstromantrieb mit einem an ein Drehstromnetz motors. Dieser Drehstromantneb kann vorzugsweise anschaltbaren Asynchron-Schleifringläufermotor und als Pumpen- und Lufterantneb eingesetet werden, einem mit diesem mechanisch gekuppelten, fremd- Der Maschinensatz besteht aus einem Drehstromerregten, das Betriebsverhalten eines Gleichstrommo- Asynchronmotor 1 mit Schleifringläufer und einem tors besitzenden Elektromotor, der über einen mit den 4° Drehstrom-Synchronmotor 2 mit Erregerwicklung la Schleifringen des Asynchronmotors verbundenen, un- Der Asynchronmotor 1 und der Synchronmotor 2 gesteuerten Gleichrichter und einem mit diesem in sind mechanisch über eme Welle 3 miteinander geReihe geschalteten, ebenfalls mit dem Drehstromnetz koppelt. In Abweichung zum Ausfuhrungsbeispiel verbundenen Stromrichter versorgt ist. kann die mechanische Kupplung auch über em Ge-

Ein solcher Drehstromantrieb ist aus der US-PS 45 triebe oder beispielsweise bei einem Fahrantneb über 3519 909 bekannt. Bei ihm wird der aus dem Asyn- die Fahrbahn erfolgen. Der Asynchronmotor 1 ist chronmotor und einem Gleichstrommotor bestehende über einen Schalter 4 an die Phasen R, 5, Γ des Dreh-Maschinensatz gut ausgenutzt, und es ist ein großer Stromnetzes 5 angeschlossen. Mit den Schleifringen Drehzahlstellbereich erreichbar. Der steuerbare des Asynchronmotors 1 sind die Drehstromemgange Stromrichter kann sowohl im Gleichrichter- als auch 50 eines ungesteuerten Gleichrichters 6 verbunden. Im im Wechselrichterbetrieb ausgenutzt werden. Daraus Ausfuhrungsbeispiel ist der Gleichrichter 6 aus sechs resultiert ein verminderter Aufwand und ein geringer ungesteuerten Stromrichterventilen 6α bis 6/ m Dreh-Blindleistungsbedarf. Für hohe Antriebsleistungen ist strombrückenschaltung aufgebaut. Die Gleichstromjedoch die Grenzleistung des Gleichstrommotors nicht klemmen 7 und 8 des Gleichrichters 6 sind in den ausreichend, die durch die Lamellenspannung des 55 Speisekreis 9 für den Synchronmotor 2 geschaltet. Mit Kommutators und den am Kommutator auftretenden dem ungesteuerten Gleichrichter 6 wird der Laufer-Fliehkräften begrenzt ist. strom des Asynchronmotors 1 gleichgerichtet und dem

Es besteht die Aufgabe, einen Drehstromantrieb Speisekreis 9 des Synchronmotors 2 zugeführt,
der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß Im Speisekreis 9 des Synchronmotors 2 ist em

seine Grenzleistung erhöht ist und er auch bei hohen 60 steuerbarer Stromrichter 10 über seine Gleichstrom-Drehzahlen mit großer Antriebsleistung eingesetzt klemmen 11 und 12 zudem ungesteuerten Gleichnchwerden kann. ter6 in Serie geschaltet. Die Drehstromklemmen des

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- steuerbaren Stromrichter 10 sind im Ausführungsbeilöst, daß als Elektromotor ein Drehstrom-Synchron- spiel über einen Anpaßtransformator 13 und einen motor verwendet ist, der von einem in Reihe mit dem 65 Schalter 14 an die Phasen R, S, T der Drehstromleiungesteuerten Gleichrichter und dem Stromrichter rung 5 angeschlossen. Falls es die Auslegung des Angeschalteten, lastgeführten Wechselrichter gespeist triebs zuläßt, kann der Schalter 14 mit dem Schalter 4 f_st zu einem gemeinsamen Schalter zusammengefaßt sem.

Im Speise- bzw. Gleichstromkreis 9 ist beim Ausführungsbeispiel eine Drossel 15 zur Glättung des Gleichstromes eingesetzt. Im Ausführungsbeispiel ist als steuerbarer Stromrichter ein netzgeführter Stromrichter vorgesehen, der aus den steuerbaren Stromrichterventilen 10α bis 10/ in Drehstrombrückenschaltung aufgebaut ist. Ein solcher netzgeführter Stromrichter ist mit relativ geringem wirtschaftlichen Aufwand an Bauelementen zu relisieren. Der netzgeführte Stromrichter läßt durch einen Freilaufzweig erweitern, und es kann an Stelle des netzgeführten ein zwangsgeführter Stromrichter eingesetzt werden. In beiden Fällen wird der Blindleistungsbedarf des Antriebs verringert, der wirtschaftliche Aufwand jedoch wesentlich erhöht. Zu erwähnen ist noch, daß der Stromrichter 10 aus mehreren in Serie oder parallelgeschalteten Stromrichtern aufgebaut sein kann. Die steuerbaren Stromrichterventile 10α bis 10/ können beispielsweise Thyristoren sein. Sie erhalten ihre Zündimpulse von einer Steuereinrichtung 11 wie sie für steuerbare Stromrichter üblich ist und wie sie beispielsweise aus der Literaturstelle G. Möltgen, »Netzgeführte Stromrichter mit Thyristoren«, Herausgeber und Verlag: Siemens AG, 1967, S. 275 und 280, bekannt ist.

Die Synchronmaschine 2 wird über die Drehstromausgänge eines steuerbaren Wechselrichters 16 gespeist, der mit dem ungesteuerten Gleichrichter 6 und dem steuerbaren Stromrichter 10 im Sfeisekreis9 in Serie liegt. Hierzu ist im Ausführungsbeispiel der Gleichstromeingang 17 des Wechselrichters 16 mit dem Gleichstromausgang 8 des ungesteuerten Gleichrichters 6 und der Gleichstromeingang 18 des Wechselrichters 16 mit dem Gleichstromeingang 12 des steuerbaren Stromrichters 10 verbunden. Der steuerbare Wechselrichter 16 ist im Ausführungsbeispiel aus steuerbaren Stromrichterventilen 16 α bis 16/ in Drehstrombrückenschaltung aufgebaut. Die steuerbaren Stromrichterventile 16 α bis 16/ können beispielsweise Thyristoren sein. Durch den steuerbaren Wechselrichter 16 wird die von ihm aus dem Gleichstrom- bzw. Speisekreis 9 aufgenommene Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umgeformt und dem Synchronmotor 2 zugeführt. Der Wechselrichter 16 wird durch die Steuereinrichtung 19 gesteuert, die den Stromrichterventilen 16 α bis 16/ Zünd- bzw. Steuerimpulse zuführt. Eine Anschnittssteuerung braucht dabei nicht vorgesehen zu sein. Bezüglich des Aufbaus der Steuereinrichtung 19 wird auf die obengenannten Literaturstellen verwiesen. Die wirtschaftlichste Lösung erhält man, wenn der Wechselrichter 16 lastgeführt ist. Dabei kann es erforderlich sein, im unteren Drehzahlbereich eine Kommutierungshilfe vorzusehen, die beispielsweise durch eine entsprechende Aussteuerung des Stromrichters 10 gegeben sein kann.

Das Prinzip der Steuerung des erfindungsgemäßen Drehstromantriebs wird anhand der F i g. 2 erläutert, in der die im Gleichstromkreis 9 auftretende Gleichspannung U über der Drehzahl (in °/o der Nenndrehzahl n) aufgetragen ist.

Vorauszuschicken ist, daß die an der Welle des Maschinensatzes 1 und 2 abgegebene Leistuns P sich aus der mechanischen Leistung des Asynchronmotors 1 und des Synchronmotors 2 zusammensetzt.

Die Erklärung der Drehzahlsteuerung folgt anhand eines Antriebs für einen Lüfter mit quadratischem Momentenverlauf für eine Drehzahlsteuerung von der Nenndrehzahl η der Asynchronmaschine abwärts.

bis zum Stillstand. Dabei beträgt die Nennleistung der Asynchronmaschine zwei Drittel und die der Synchronmaschine ein Drittel der bei oberster Drehzahl an die Arbeitsmaschine abzugebenden Leistung. Da der gleichgerichtete Läuferstrom, der am ungesteuerten Gleichrichter 6 auftritt, durch den Wechselrichter 16 des Stromrichtemiotors fließt, verhält sich bei konstanter Erregung die gleichgerichtete Läuferstillstandsspannung U_dL zur am Wechselrichter im

ίο Gleichstromkreis 9 abfallenden Spannung U_dM bei Nenndrehzahl wie die prozentualen mechanischen Leistungsanteile der beiden Motoren zueinander, d. h. bei dem gewählten Beispiel wie zwei Drittel zu ein Drittel = 2 :1. In der Fig. 2 ist mit U₀ die Summe der gleichgerichteten Läuferstillstandsspannung und der am Wechselrichter 16 bei Nenndrehzahl abfallenden Spannung bezeichnet. Zur Normierung wird V_G = l gesetzt. Die Gerade V_äL kennzeichnet den Verlauf der gleichgerichteten Läuferspannung U_dL

ao und die Gerade U_dM den Verlauf der Spannung U_dM des Wechselrichters 16.

Der gleichgerichteten Läuferspannung U_dL wirkt die Wechselrichterspannung U_d!A entgegen. Die Summe dieser beiden Spannungen, die entgegengesetzt gerichtet sind, also U_dL — U_dM muß von dem ebenfalls im Gleichstromkreis 9 enthaltenen Stromrichter 10 aufgebracht werden. Der Antrieb nimmt eine Drehzahl an, bei der die Summe U_dL — U_dM = U_dS ist, worin U_dS die vom Stromrichter 10 erzeugte Spannung ist. Die Spannung U_dS am Stromrichter 10 ist durch seine Aussteuerung bestimmt. Durch entsprechende Aussteuerung läßt sich innerhalb bestimmter Bereiche I, II oder HI jede Drehzahl stufenlos einstellen. Der dabei erhaltene Spannungsverlauf ist in Fig. 2 durch die verstärkt gezeichnete Kurve gekennzeichnet. Im oberen Drehzahlbereich, der in Fig. 2 mit HI bezeichnet ist, der durch V_dL\ <C \U_dM\ gekennzeichnet ist und der sich beim Ausführungsbeispiel von 66 bis 100 % η erstreckt, wird der Stromrichter 10 im Gleichrichterbetrieb ausgesteuert. Im mittleren Bereich II der durch \U_di\> \U_dM\ bestimmt ist, und der im Ausführungsbeispiel den Bereich 37 bis 66 % η überdeckt, wird der Stromrichter 10 im Wechselrichterbetrieb ausgesteuert. Im untersten Bereich I, der sich beim Ausführungsbeispiel von 0 bis 37 °/o η erstreckt und für den U_dL — U_dM>U_dSmax gilt, wird der Schalter 4 geöffnet und der Stromrichtermotor 2 allein betrieben. Dies ist beispielsweise möglich, wenn wie beim Lüfterantrieb, in diesem Bereich das für die Arbeitsmaschine erforderliche Drehmoment kleiner als das zulässige Drehmoment der Synchronmaschine 2 ist. Bei einem entsprechend großen Aussteuerbereich des Stromrichters 10 oder, falls ein Anlasser den Schleifringen des Asynchronmotors 1 nachgeschältet ist, entfällt der Bereich I. Eine gesonderte Abschaltung des Asynchronmotors 1 ist dann nicht mehr erforderlich.
Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß bei den angegebenen Daten auch bei vollem Drehzahlstellbereich (0 bis 100% n) der weitgehend preisbestimmende Stromrichter 10 nur für 3O°/o der gesamten Antriebsleistung ausgelegt werden muß.
In F i g. 3 ist die Wirkleistung P und die Blindleistung Q in Form eines Zeigerdiagramms aufgetragen. Das Zeigerdiagramm zeigt die bei konstantem Drehmoment erhaltene Summe der vom Motor 1 und dem Stromrichter 10 aus dem Netz 5 aufge-

nommenen Leistung in Abhängigkeit vom Schlupf. Dabei entsprechen die mit A bezeichnenden Kurven einem erfindungsgemäßen Drehstromantrieb und die mit B bezeichnenden Kurven einer untersynchronen Stromrichterkaskade. Die Auslegung der Asynchronmaschine 1 auf Teilleistung und c malen untersynchronen Stromrich der besseren Ausnutzung vermine leistung führen auch zu einer
Blindleistung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

% Der Wechselrichter kann zwischen den ungesteuer- _ t t .. . W Gleichrichter und den steuerbaren Stromrichter Patentansprüche: **S?S. Mit dem erfindungsgemäßen Dreh-

1. Drehzahlsteuerbarer Drehstromantrieb mit

einem an ein Drehstromnetz anschaltbaren Asyn- 5 ^^S^i ÄfDrenSalSllbleich einstd-

chron-Schleifringläufermotor und einem mit ±z- f^^^Xg^^ehstrom-Maschmenkaskade

sem mechanisch gekuppelten, fremderregten, das len Diese "«nsirom " bekannten DG-

Betriebsverhalten eines Gleichstrommotors besxt- weist J° ^^dJSynchronen Stromricn-

zenden Elektromotor, der über einen mit den Kaskade als aucni»^c"«.™ _nhen_erwähnten Nachteile

Schleifringen des Asynchronmotors verbüß » JJ^^S^SSA SÄ

ungesteuerten Gleichnchter und emem mit diesem zu besitzen .A uue^ra«" _{m me}

in Reihe geschalteten, ebenfalls mit dem Dreh- ^^tung^bereichen beispie^eise^ emem

stromnetz verbundenen Stromrichter versorgt ist, stungsbereich über etwa15 MW, «»J™

dadurch gekennzeichnet,daßalsElek- Ein von «anm Wejsdn^to

tromotor ein Drehstrom-Synchronmotor (2) ver- i₅ strom-Synchronmotor ™*™*J

wendet ist, der von einem m Reihe mit dem unge- motor bezeichnet und.

steuerten Gleichrichter (6) und dem Stromrichter mens-Z^itschnft 45 W

«κ^{lastgeführtcn}™ sr

2.^gDreSsteuerbar_er Drehstromantrieb nach ao Gleichstrommaschine, wobei der_e
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mutator durch einen ^ktronischen
Wechselrichter (16) steuerbare Ventile (16a bis Wechselrichter, ersetzt ^l*™??^: 16/) in Brückenschaltung enthält. tor tritt die Beschrankung der Grenzeistoig die beim

" Gleichstrommotor vorhanden ist, nicht aut. Die ernn-

a₅ dungsgemäße Drehstrom-Drehstrom-Maschinenkaskade iann daher beispielsweise als regelbarer, sehr wirtschaftlicher Antrieb für Kesselspeisepumpen in Kraftwerken eingesetzt werden, wo bisher in erster

Linie Turbinenantriebe benutzt wurden.