DE2457838A1

DE2457838A1 - Wechselstrommotor-steller

Info

Publication number: DE2457838A1
Application number: DE19742457838
Authority: DE
Inventors: Tokunosuke Tanamachi; Takshi Tsuboi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-12-07
Filing date: 1974-12-06
Publication date: 1975-06-26
Also published as: SE7415326L; JPS5086612A; DE2457838C3; DE2457838B2; US3940669A; JPS5513237B2

Description

Patentanwälte Dipl.-lng. R. B E E T Z sen. Dipl.-lng. K. LAMPRECHT Dr.-Ing. R. BEETZ Jr.

8 München 22, Stelnsdorfstr. 1O Tel. (O89) 2272O1 /227244/295910

Telegr. Allpatent München Telex 622048

81-23.5O4P

6. 12. 197¹»

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Wechselstrommotor-Steiler

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselstrommotor-Steller, insbesondere auf einen Steller, der durch Umwandlung von Gleichspannungs-Leistung in Wechselspannungs-Leistung mit änderbarer Frequenz mittels eines Thyristor-Wechselrichters einen Betrieb des Wechselstrommotors mit änderbarer Drehzahl ermöglicht.

Gewöhnlich sind einzelne Kommutierungseinrichtungen für jeden der einen Wechselrichter bildenden Thyristoren vorgesehen, um einen Wechselstrommotor mit änderbarer Drehzahl zu betreiben. Da eine

81-(A 488-02 )^Ko-r (7)

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derartige Anordnung, die einzelne Kommutierungseinrichtungen für die jeweiligen Thyristoren hat, ermöglicht, daß die Thyristoren in gewünschten Zeitpunkten ein- oder ausgeschaltet werden, kann die Motorsteuerung gut mit großem Freiheitsgrad durchgeführt werden. Weiterhin kann der Wechselstrommotor mit einer Spannung betrieben werden, deren Verlauf für sich erwünscht ist. Jedoch ist dies für einen veränderlichen Drehzahlbetrieb eines kleinen Wechselstrommotors wie z. B. eines kleinen Asynchronmotors nicht geeignet, dessen Betriebsverhalten oder Drehmomentpulsierung insoweit kein ernstes Problem ist, als der Aufbau der Anordnung zu aufwendig ist.

Daher wurde zur Überwindung der obigen Nachteile bereits eine andere Anordnung erwogen, bei der eine einzige Korn mutierung seinrichtung für die jeweiligen Thyristoren des Wechselrichters vorgesehen ist, um den Aufbau der Anordnung zu vereinfachen.

Beispielsweise ist eine Anordnung bekannt (JA-AS 24 447/67), bei der eine Kommutierungseinrichtung aus einer Drossel und einem Kondensator vorgesehen ist. Wenn die dann leitenden Thyristoren ausgeschaltet werden, wird bei dieser Anordnung ein Schwingkreis aus einer Drossel und einem Kondensator gebildet, um ein HF-Wechselstromsignal zu erzeugen, so daß während einer relativ kurzen Zeit der durch die leitenden Thyristoren fließende Strom umgekehrt wird, um die Thyristoren auszuschalten.

Daher ist die Drossel für diese Anordnung wesentlich, und der Aufwand für die Anordnung ist ebenfalls groß.

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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Drehzahl-Steiler für einen Wechselstrom motor mit einem einfachen Aufbau anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kondensator zwischen den Eingangsanschlüssen des Wechselrichters, wobei die Kapazität des Kondensators in Resonanz mit der Reaktanz der Ankerwicklungen des Wechselstrommotors bringbar ist, und durch einen· Zündsignal-Generator, der zur Versorgung des Wechselstrommotors mit Impuls ström en nacheinander Zündsignale in einer vorbestimmten Folge in die jeweiligen Elektroden mehrerer, den Wechselrichter bildenden Thyristoren speist.

Bei einem Steller für einen Wechselstrommotor liegt also ein Kondensator zwischen den Gleichstromeingängen eines Thyristor-Wechselrichters, iund die jeweiligen Thyristoren, die den Wechselrichter bilden, werden durch Selbstkommutierung aufgrund eines Schwingstromes gelöscht, der durch die. Kapazität des Kondensators und den Reaktanzanteil der Ankerspulen des Wechselstrommotors erzeugt wird, der mit den Wechselstrom-Ausgängen des Thyristor-Wechselrichters verbunden ist, und ein Strom mit einem impulsförmigen Verlauf, der durch elektrische Schwingung erzeugt wird, wird in einer vorbestimmten Phasenfolge in die Ankerspulen des Wechselstrommotors gespeist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutertEs zeigen: '

Fig. 1 ein Schaltbild eines herkömmlichen Wechselstrommotor-Stellers ,

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Fig. 2 Signalformen zur Erläuterung des Betriebs des in der Fig. 1 dargestellten Wechselstrommotor-Stellers,

Fig. 3 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wechselstrommotor-Stellers,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Gatter- oder Zündsignal-Generators ,

Fig. 5 Signalformen zur Erläuterung des Betriebs des in der Fig. 3 dargestellten Schaltbildes,

Fig. 6 ein Schaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wechselstrommotor-Stellers,

Fig. 7 ein Schaltbild eines Beispieles eines bereits diskutierten kommutatorlosen Motors,

Fig. 8 eine Schaltung eines Teils eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, und

Fig. 9 Signalformen zur Erläuterung des Betriebs des in der Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiels.

Bevor die Erfindung näher erläutert wird, soll eine bekannte Schaltung (JA-AS 24 447/67) für ein besseres Verständnis der Erfindung beschrieben werden. Fig. 1 zeigt ein Schaltbild des wesentlichen Teils des bekannten Stellers (JA-AS 24 447/67) mit einem

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Thyristor-Wechselrichter 1, von dem jede Einheit aus zwei Paaren von Thyristoren und Dioden besteht, z. B. aus einem Paar eines Thyristors 11 und einer Diode 11' sowie aus einem anderen Paar eines Thyristors 12 und einer Diode 12' in der r-Phase des Wechselrichters , wobei in jedem Paar der Thyristor und die Diode antiparallel geschaltet sind. Weiterhin sind ein Wechselstrommotor 2 und eine Einrichtung 3 aus einem Kondensator 31 und einer Drossel 32 vorgesehen, die die Thyristoren ausschalten. Eine Einrichtung 4, die den Thyristorstrom sowie die Spannung· am Kondensator 31 begrenzt, besteht aus einem Transformator mit Wicklungen 41 und 42 sowie aus einer Diode 43.

Da der Betrieb der bekannten Schaltung bereits näher beschrieben ist (JA-AS 24 447/67), soll hierauf an dieser Stelle nur kurz eingegangen werden. Bei der bekannten Anordnung soll beispielsweise angenommen werden, daß ein Laststrom durch den Thyristor 11 fließt. Durch Einschalten des entsprechenden Thyristors 12 und damit durch das Herstellen eines Schwingkreises aus dem Kondensator 31, der Drossel 32 und den Thyristoren 11 und 12 werden anschließend die Thyristoren 11 und 12 ausgeschaltet.

Die Spannung am Lastanschluß, beispielsweise die Spannung der r-Phase, die mit der bekannten Anordnung der Fig. 1 erhalten wird, tritt in der Form einer Impulsfolge oder eines Impulses (Fig. 2) auf. Der Ankerstrom des Motors kann jedoch kontinuierlich fließen, wie dies in der Fig. 2 durch eine Strichlinie gezeigt ist, was auf der Funktion der parallelen Dioden, wie beispielsweise der Dioden 11' und 12', beruht. Obwohl bei dem herkömmlichen Motorsteller (Fig. l) ein kon-

'DCl 9 G 2-6/07 0 7

tinuierlicher Motorstrom gesichert werden kann, benötigt die herkömmliche Anordnung zusätzliche Dioden sowie die unbedingt erforderliche Drossel 32.

Daher ist die bekannte Anordnung aufwendig.

Die Fig. 3 zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dabei sind vorgesehen ein Wechselrichter 1 aus Thyristoren 11 bis 16, ein Induktionsmotor 2, Ankerwicklungen 21 bis 23 des Motors, ein Kondensator 33, ein Strombegrenzer 4 einschließlich eines Widerstands- und Drosselgliedes, sowie ein Zündsignal-Generator 5, der Zündsignale für die jeweiligen Thyristoren 11 bis 16 erzeugt.

Die Fig. 4 ist ein schematisches Schaltbild des Zündsignal-Generators 5 mit einem ersten Oszillator 51 zur Erzeugung einer Impulsfrequenz, einem zweiten Oszillator 52 zur Erzeugung der Ausgangsfrequenz des Thyristor-Wechselrichters 1, Ring-Umformern 53 und 54 und UND-Gliedern 55 bis 60.

Die Fig. 5 zeigt Signalformen zur Erläuterung des Betriebs des anhand der Fig. 3 und 4 beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung. Der erste Oszillator 51 erzeugt Impulssignale mit einer Frequenz f (Fig. 5a). Die Frequenz f k'ann veränderlich sein. Ein derartiger Impulsgenerator kann leicht hergestellt werden, indem ein an sich bereits beschriebener Schwingkreis mit Unijunction-Transistoren verwendet wird.

Der zweite Oszillator 52 erzeugt ein Wechselstrom-Ausgangssi-

5 D 9 0 ? B / 0 7 0 7

gnal mit einer Frequenz 3f (Fig. 5b). Diese Frequenz 3f kann ebenfalls einstellbar sein. Ein bereits beschriebener magnetischer Multioszillator kann für den Oszillator verwendet werden, der ein derartiges Wechselstrom-Ausgangssignal erzeugt.

Die positive Halbwelle des zweiten Oszillator-Ausganges wird durch an sich bereits beschriebene Ringzähler 53 in drei Signale UP, VP, WP. frequenzgeteilt (Fig. 5c), während die negative Halbwelle durch einen bereits beschriebenen Ringzähler 54 ebenfalls in Signale UN, VN und WN frequenzgeteilt wird. Die jeweiligen Ausgangssignale des Ringzählers und die Impulssignale werden UND-angesteuert, um Zündsignale für die jeweiligen Thyristoren zu erzeugen (Fig. 5a und 5b). Dies bedeutet, die Ringzähler 53 und 54 dienen zur Verteilung der durch den ersten Oszillator 51 erzeugten Impulssignale auf die jeweiligen Thyristorzweige des Wechselrichters 1. Unter diesem Gesichtspunkt wird die Frequenz f des Ausgangssignales des Ringzählers als !'Verteilung sfrequenz" bezeichnet. Auf diese Weise erzeugen die UND-Glieder 55 bis 60 Ansteuersignale für die jeweiligen Thyristoren 11 bis 16, wobei die Ansteuersignale verstärkt werden, um getrennt in die jeweiligen Thyristoren gespeist zu werden. Wenn beispielsweise ein Zündsignal im Zeitpunkt t in die jeweiligen Gatter- oder Steueranschlüsse der Thyristoren 11 und 14 gespeist wird, werden die im Kondensator 33 gespeicherten Ladungen über den Thyristor 11, die Wicklung 21, die Wicklung 22 und den Thyristor 14 nacheinander entladen. Während dieser Zeit erzeugen die Kapazität C des Kondensators 33 und die Induktivität L der Ankerwicklungen 21 und 22 einen sinusförmigen Halbwellenstrom, dessen Breite /J \/ LC beträgt, wie dies in den Fig. 5g und 5h dargestellt ist. Während der Zeitdauer der Halbwellenbreite wird

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die Spannung am Kondensator 3 von der positiven zur negativen Polarität umgekehrt, und es liegt anschließend, nachdem der Strom im Zeitpunkt t den Wert 0 erreicht hat, die umgekehrte Spannung an den Thyristoren 11 und 14, so daß die jeweiligen Thyristoren ausgeschaltet werden. Die Thyristoren 11 und 14 werden wieder im Zeitpunkt t eingeschaltet, und dann fließt die sinusförmige Halbwelle durch die Ankerwicklungen 21 und 22. Im Zeitpunkt t bewirkt das Ausgangssignal des UND-Gliedes 60, daß der Thyristor 16 anstelle des Thyristors 14 eingeschaltet wird, und so fließt der Strom zur Ankerwicklung 21 durch und aus der Ankerwicklung 23. Wenn die Thyristoren 11 bis 16 wiederholt eingeschaltet werden, indem die Verteilungssignale mit dem in den Fig. 5c und 5d dargestellten Verlauf eingespeist werden, kann der Impulsstrom mit dem in den Fig. 5e, 5h und 5j dargestellten Verlauf durch die Ankerwicklungen 21 bis 23 fließen, was zu einem Umlaufen des Motors 2 führt. Versuche der Erfinder haben ergeben, daß die Drehmoment-Kennlinie bei einem derartigen Impulsstrom durch die Ankerwicklungen der Drehmoment-Kennlinie gleicht, wenn ein sinusförmiger Strom mit gleichem Verlauf zur Grundwelle der Impulsfolge dort fließt. Die Breite des Impulsstromes wird unter allgemeiner Beachtung der Ausschaltzeit der jeweiligen Thyristoren, der Induktivität der Ankerwicklungen, des Ankerstromes des Motors usw. bestimmt. Wenn ein gemeinsamer Induktionsmotor verwendet wird, beträgt die Impulsstrombreite 0,5 bis 1 ms, und sie ist zur Erzeugung eines Nenn-. stromes ausreichend. In diesem Fall kann ein wirtschaftlicher Thyristor gewöhnlicher Bauart verwendet werden, und es besteht kein Bedarf an der Verwendung eines schnellen Thyristors mit einer kurzen Ausschaltzeit.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Impulsfrequenz f zwölfmal

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die. Verteilungsfrequenz f . Jedoch ist die Beziehung zwischen diesen Frequenzen nicht in dieser Weise eingeschränkt, sondern sie kann beliebig verändert werden. Wenn die Beziehung zwischen den Frequenzen f und f gegeben ist durch

f = 6Nf (N = 1, 2, ...) (1),

ρ ο

haben die jeweiligen Phasenströme i , i und i einen vollständig

Ct JL CtCt Cto

symmetrischen Verlauf', so daß abgeglichene Vielphaseiströme in den Motor fließen, um so leistungsfähig ein Drehmoment zu entwickeln. Wenn die durch die Gleichung (l) gegebene Beziehung nicht vorliegt, sind die Phasenströme nicht abgeglichen, so daß das Drehmoment leicht verringert ist. Wenn der beschleunigt umlaufende Motor einen derartigen unabgeglichenen Zustand hat, treten in der Praxis im wesentlichen keine Schwierigkeiten auf. Die Drehzahl-rSteuerung des Motors kann durch Steuerung oder Einstellung der jeweiligen Frequenzen des ersten Oszillators 51 und des zweiten Oszillators 52 durchgeführt werden. Nach Änderung der Frequenz f des ersten Oszillators 51 ändert sich die Impulsdichte der Impulsfolge, so daß die Grundwelle des zum Motor gespeisten Stromes ihre Amplitude ändert. Als Ergebnis werden Drehmoment und Drehzahl entsprechend der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie des Motors geändert.

Die Änderung der Frequenz f des zweiten Oszillators 52 führt zu einer Änderung der Verteilungsfrequenz oder der Frequenz des Ausgangssignales des Wechselrichters. Die Steuerung der Frequenz f ist insbesondere für die Drehzahlsteuerung des Induktionsmotors geeignet. Es ist selbstverständlich möglich, gleichzeitig beide Frequenzen f und f_n zu ändern.

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Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf einen Induktionsmotor, sondern auch auf einen Synchronmotor anwendbar. Die Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Erfindung auf einen Synchronmotor 2 angewendet wird, wobei vorgesehen sind eine Erregerwicklung 24 des Synchronmotors 2, eine Erreger-Stromquelle 25, ein Lagefühler 6 oder eine Einrichtung zur Erfassung der Drehstellung des Motors 2, ein Strombegrenzer 4 aus einem veränderichen Widerstand 44 und einer Drossel 45, Schalter 9 und 38, ein Impulsgenerator 51' entsprechend dem Impulsgenerator 51 der Fig. 4, ein Gatter- oder Zündsignal-Generator 5', und wobei einander entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen haben wie in der Fig. 3. Der Lagefühler 6 dient zur Erfassung einer magnetischen Relativlage zwischen den Ankerwicklungen 21 bis 23 und der Feldandrdnung 24, und er arbeitet so, daß er konstant das Ausgangssignal des elektrischen Motors 2 mit dem Ausgangssignal des Wechselrichters 1 synchronisiert. Dies bedeutet, der Lagefühler 6 erzeugt Verteilung s signale entsprechend den Ausgangs Signalen UP bis WN der Ringzähler 53 und 54 in der Fig. 4. Ein derartiger Aufbau ermöglicht es, daß der Synchronmotor ständig stabil synchronisiert gehalten ist. Der Betrieb dieser Anordnung wird weiter unten näher erläutert.

Der Lagefühler 6 ist für den Betrieb des Synchronmotors nicht wesentlich. Der Synchronmotor kann unter Frequenzsteuerung durch den zweiten Oszillator angetrieben werden, wie dies beispielsweise in der Fig. 4 dargestellt ist, wenn er mit einer konstanten Drehzahl umläuft oder wenn die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie der Last festgelegt ist, und die Drehzahl-Frequenz-Kennlinie kann vorbestimmt sein, in der ein "Ausschalten" verhindert wird.

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Der Anschluß des Thyristor-Wechselrichters ist nicht auf eine Dreiphasen-Grätz-Schaltung beschränkt, sondern kann geändert werden, um zu bewirken, daß die Thyristoren des Wechselrichters durch Selbstkommutierung aufgrund der elektrischen Schwingung ausgeschaltet werden, die durch die Induktivität der Ankerwicklungen des Motors und den Kondensator an den Eingangsanschlüssen des Wechselrichters erzeugt wird.

Es wurden schon zahlreiche Anstrengungen unternommen, um eine korn mutator lose Synchronmaschine herzustellen, die von einer Gleichstromquelle über einen Thyristor-Wechselrichter gespeist ist, dessen Thyristoren entsprechend einer vorbestimmten Folge abhängig zwischen der magnetischen Relativlage zwischen den Ankerwicklungen und der Feldanordnung angesteuert werden. Jedoch führt dies nicht zu der oben erläuterten Erfindung. Der von Thyristoren gesteuerte kommutatorlose Motor begegnet beim Anlaufen oder Starten Schwierigkeiten. Wenn insbesondere die Synchronmaschine in einem normalen Zustand umläuft, ermöglicht die induzierte Spannung in den Ankerwicklungen eine Kommutierung der Thyristoren des Wechselrichters. Wenn jedoch die Synchronmaschine nicht in Betrieb ist, wird keine Spannung in den Ankerwicklungen induziert, so daß keine Kommutierung der Thyristoren erfolgt. Auf diese Weise ist ein Anlaufen des Motors unmöglich.

Aus diesem Grund muß die herkömmliche korn mutator lose Synchronmaschine mit einer zusätzlichen Kommutierungseinrichtung einschließlich einer Drossel, eines Kondensators, eines Thyristors usw. auf der Gleichstrom-Eingangs seite des Thyristor-Wechselrichters aus-

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gestattet werden. Andererseits ist, wie oben anhand des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 bis 5 erläutert wurde, ein Kondensator an die Gleichstrom-Eingangsanschlüsse des Thyristor-Wechselrichters angeschlossen, so daß die Kapazität des Kondensators und die Induktivität der Ankerwicklungen einen elektrischen Schwingkreis bilden, der bewirkt, daß ein Impulsstrom durch die Ankerwicklungen fließt.

Dies bedeutet, die Erfindung erfordert keine so große und aufwendige Kommutierungseinrichtung (vgl. oben), sondern nur eine sehr einfache Kommutierungseinrichtung aus lediglich einem Kondensator. Weiterhin löst die Erfindung mit einer derartigen einfachen Kommutierungseinrichtung nicht nur die Schwierigkeit beim Starten der herkömmlichen kommutatorlosen Synchronmaschine, sondern sie ermöglicht auch eine Drehzahlsteuerung der kommutatorlosen Synchronmaschine, wenn die Maschine unter normalen Bedingungen umläuft. Die Anwendung der Erfindung auf den kommutatorlosen Synchronmotor wird weiter unten näher beschrieben. Zunächst wird ein Beispiel eines herkömmlichen Stellas für einen kommutatorlosen Motor näher erläutert:

Iv

In der Fig. 7 ist- ein Schaltbild einer Anordnung zur Steuerung des Startens des Synchronmotors mit einer Wechselstromquelle dargestellt, die durch einen Thyristor-Wechselrichter aus einer Gleichstromquelle umgewandelt wird. In dieser Figur sind einander entsprechende Teile 'mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den Fig. 1 bis 6. Weiterhin sind vorgesehen ein Start-Widerstand 44, eine Drossel 45 und eine zusätzliche Kommutierungseinrichtung 3 aus einem Thyristor 36, einer Drossel 37, einem Kondensator 35 und einer Diode 34. Schließlich sind noch vorgesehen ein Wechselrichter 1 aus Thyristoren 11 bis

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·-· 13 -

15, eine Synchronmaschine 2, ein Gatter- oder Zündsignal-Generator 5' zur · Steuerung der Thyristoren 11 bis 16 abhängig von einem Signal vom Lagefühler 6 und ein Impuls-Generator 8, der ein Startsignal erzeugt.

Für diesen Schaltungsaufbau ist die Ansteuerung dieser Thyristoren 11 bis 16 des Wechselrichters 1 selbstverständlich,, und daher wird von einer genaueren Beschreibung abgesehen. Beim Anlaufen der Maschine werden die Thyristoren 1 bis 16 durch die zusätzliche Kommutierungseinrichtung 3 kommutiert. Dies wird kurz näher erläutert: Es soll angenommen werden, daß der Kondensator 35 mit der in der Figur dargestellten Polarität geladen ist, wenn der Thyristor 36 durch den Startsignal-Generator 8 eingeschaltet wird, wobei sich die im Kondensator gespeicherte Ladung oszillierend durch die Drossel 37 entlädt, und dann wird der Kondensator 35 mit der zu der Figur entgegengesetzten Polarität aufgeladen. Demgemäß liegt eine umgekehrte Spannung an den Thyristoren 11 bis 16 des Wechselrichters 1, um dadurch die Thyristoren auszuschalten.

Die Thyristoren 11 bis 16 werden so kommutiert, und wenn der Kondensator 35 eine ausreichende Ladungsmenge speichert, kann die Kommutierung jederzeit erfolgen.

Jedoch erfordert diese zusätzliche Kommutierungseinrichtung zahlreiche Bauelemente und ist so aufwendig. Da weiterhin ein schweres Bauelement, wie beispielsweise die Drossel 37, verwendet wird, ist die bereits beschriebene Anordnung nicht geeignet, wenn sie insbesondere für ein Elektrofahrzeug verwendet wird.

Im folgenden wird die Anwendung der Erfindung auf die Steuerung

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eines komm utatorlos en Motors anhand der Fig. 6 und 2 (für die Sig naiver laufe) erläutert.

Zum Starten des Motors 2 sind die Schalter 38 und 9 geschlossen, um den Impulssignal-Generator 51' zu betätigen, so daß dieser ein Impuls-Ausgangssignal mit einer vorbestimmten Frequenz (intervall) erzeugt, wie dies in der Fig. 91 gezeigt ist. Auf der anderen Seite erzeugt der Lagefühler 6 Signale, wie diese durch eine Strichpunktlinie in den Fig. 9m bis 9r dargestellt sind, oder Verteilungssignale UP bis WN, die in den Zündsignal-Generator 5¹ eingespeist werden. Der Zündsignal-Generator 5', der Ausgangsimpuls des Impulssignal-Generators 51' und die Verteilungssignale UP bis WN vom
Lagesignalfühler 6 sind UND-angesteuer t, um Impulse zu erzeugen",
wie diese in den Fig. 9 m bis 9 r durch dicke schwarze Linien dargestellt sind, wobei die Impulse ihrerseits zu den jeweiligen Thyristoren 11 bis 16 gespeist werden. Insbesondere ermöglicht es das Verteilungssignal vom Lagefühler 6, daß die durch den Impulsgenerator 51' bis 90 erzeugten Ausgangsimpulse zu den Gattern oder Steueranschlüssen der Thyristoren 11 bis 16 in der Reihenfolge gespeist werden, die durch den Lagefühler 6 bestimmt ist.

Der Zündsignal-Generator 5' speist im Zeitpunkt t die Zündimpulse zu den Thyristoren 11 und 14, um diese dadurch einzuschalten. Nachdem die Thyristoren 11 und 14 leitend sind, liegt ein geschlossener Stromkreis aus dem Kondensator 33, dem Thyristor 11, der Ankerwicklung 21, der Ankerwicklung 22, dem Thyristor 14 und dem Kondensator 33 vor. Dieser geschlossene Stromkreis ist ein Schwingkreis aus der Kapazität des Kondensators 33 und der Induktivität der Anker-

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wicklungen 21 und 22. Wenn dieser geschlossene Stromkreis gebildet wird, entlädt sich die im Kondensator 33 gespeicherte Ladung, um Ströme i und i (vgl. Fig. 9s und 9t) für die Ankerwicklungen 21 und 22 zu erzeugen. In diesem Zeitpunkt verringert sich die Klemmenspannung V_c am Kondensator 33, wie dies in der Fig. 9ν dargestellt ist. Nach Ablauf einer Zeit neigen die Entladungsströme des

Kondensators 33, d. h. die Ströme i und i , zu einer Umkehr aus ' u v'

deren jeweiligen Polaritäten. Andererseits hat die Klemmenspannung

V am Kondensator 33 in diesem Zeitpunkt die zu der in der Figur c

dargestellten Polarität entgegengesetzte Polarität. Daher wird eine umgekehrte Spannung an die Thyristoren 11 und 14 gelegt, um diese

auszuschalten, mit dem Ergebnis, daß die Ströme i und i Null wer-' ^a ' uv

den. Wenn die Thyristoren 11 und 14 ausgeschaltet sind, wird der Kondensator 33 durch einen im wesentlichen konstanten Strom i unter

Wirkung der Drossel 45 (vgl. Fig. 9w) aufgeladen, so daß seine Klemmenspannung V zunimmt, wie dies in der Fig. 9ν gezeigt ist. Im Zeitpunkt t„ leiten die Thyristoren 11 und 14 wieder, um so zu ermöglichen, daß die Ströme i und i durch die Ankerwicklungen 21 und 22 fließen.

In diesem Zeitpunkt wird ein Strom i (vgl. Fig. 9 y) von der Erregereinrichtung 25 zur Feldanordnung 24 des Motors 2 gespeist.

Folglich steht der durch die Feldanordnung 24 erzeugte Fluß in Wechselwirkung mit den durch die Ankerwicklungen 21 und 22 fließenden Strömen, um eine elektromagnetische Kraft zu erzeugen, die den Rotor oder Läufer d^s Motors 2 umlaufen läßt.

Wenn der Läufer um einen bestimmten Winkel umläuft, speist der

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- IG -

Lagefühler 6 das Verteilungssignal WN mit dem in der Figur 9r durch eine Strichpunktlinie dargestellten Verlauf zum Zündsignal-Generator 5¹. Auf diese Weise werden im Zeitpunkt t die Thyristoren 11 und

eingeschaltet, so daß die jeweiligen Ströme i und i (vgl. Fig. 9 s und 9u) durch die Ankerwicklungen 21 und 23 fließen können. Die Kommutierung vom Thyristor 14 zum Thyristor 16 ist gesichert, da kein Strom durch die Ankerwicklungen 21, 22 und 23 fließt, wenn der Zündsignal-Generator 5¹ Zündsignale zu den jeweiligen Thyristoren 11 und 16 speist.

Auf ähnliche Weise wird weiter vorgegangen, damit die Thyristoren 11 bis 16 nacheinander in einer vorbestimmten Folge einschalten. Das Ergebnis ist, daß die jeweiligen Ströme i , i und i (vgl. die Fig. 9s, 9t und 9u) durch die Ankerwicklungen 21, 22 und 23 des Motors 2 fließen, so daß der Motor kontinuierlich umläuft.

Wenn der so angelaufene Motor in einem bestimmten Maß beschleunigt wird, nimmt jede der in den Ankerwicklungen 21, 22 und 23 erzeugten Spannungen einen ausreichenden Wert an, um die Kommutierung des Wechselrichters 1 zu ermöglichen.

Wenn die Gegen-EMK des Motors 2 so aufgebaut wird, kann die Drehzahlsteuerung des Motors fortgesetzt werden, oder es können Schalter 38 und 19 ausgeschaltet werden. Nach dem Ausschalten des Schalters 9 steuert der Zündsignal-Generator 5' den Leitungszustand der Thyristoren 11 bis 16 in Übereinstimmung mit den Verteilungssignalen vom Lagefühler 6.

Der Start-Widerstand 44 beschränkt die Überströme von der

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Gleichstromquelle beim Anlaufen des Motors, und er ist so eingestellt, daß sein Widerstandswert schrittweise abnimmt, wie die aufzubauende Gegen-EMK anwächst. Wenn die Gegen-EMK aufgebaut wurde, ist der Start-Widerst and kurzgeschlossen.

Das Anlaufen des erfindungsgemäßen Stellers für einen kommutatorlosen Motor erfolgt in der oben beschriebenen Weise. Wie bereits erläutert wurde, wird bei der Erfindung die Kommutierung des Thyristor-Wechselrichters durchgeführt, indem ein Schwingkreis aus dem Kondensator zwischen den Gleichstrom-Eingangsanschlüssen des Thyristor-Wechselrichters und den Ankerwicklungen des Motors aufgebaut wird, um Impulsströme durch die Ankerwicklungen fließen zu lassen. Demgemäß kann eine zusätzliche Kommutierungseinrichtung aufgebaut werden, indem lediglich der Kondensator 33 und nicht der Thyristor 36, die Drossel 35 und die Dioden 34 verwendet werden, die für die herkömmliche Anordnung der Fig. 7 wesentlich sind. Daher ist der erfindungsgemäße Motor-Steller im Vergleich zu einem herkömmlichen Steller in seinen Abmessungen kleiner und in seinen Kosten niedriger. Weiterhin-ist kein schweres Bauelement, wie beispielsweise die Drossel 36, erforderlich, so daß die erfindungsgemäße Anordnung leicht gemacht werden kann.

Obwohl das anhand der Fig. 6 erläuterte Ausführungsbeispiel den Startsignal-Generator 6 verwendet, der einen Ausgangsimpuls mit einer festen Frequenz erzeugt, ist es nicht erforderlich, insbesondere die Frequenz dieses Generators festzulegen, sondern die Frequenz kann in Übereinstimmung mit der Drehzahl des Motors 2 verändert werden.

Der Gleichstrom mit dem in der Fig. 9 w dargestellten Verlauf fließt

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weiter durch die Drossel 45. Aus diesem Grund wird der Kondensator 33 aufgeladen, wenn die Thyristoren 11 bis 16 nicht leitend sind. Wenn daher die Impulsfrequenz des Impulssignal-Generators 51' niedrig ist, ist es möglich, daß die Ladespannung des Kondensators 33 sehr groß wird.

Dies kann jedoch verhindert werden, wenn die Diode 46- an der Drossel 45 liegt, wie dies in der Fig. 8 gezeigt ist.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß bei einem erfindungsgemäßen Steller für einen komm utatorlosen Synchronmotor die Kommutierung der Thyristoren sichergestellt ist und so ein wirtschaftlicher Steller erhalten wird, wenn lediglich ein Kondensator an die Gleichstrom-Eingangsanschlüsse des Thyristor-Wechselrichters gelegt wird. Daher ist der erfindungsgemäße Steller insbesondere für beispielsweise Elektrofahrzeuge geeignet.

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Claims

Patentansprüche

1. Wechselstrommotor-Steller, mit einem Thyristor-Wechselrichter, der von einer Gleichstromquelle versorgbar ist, um Wechselstrom-Leistung zu erzeugen, und mit einem Wechselstrommotor, der an die Ausgangsanschlüsse des Wechselrichters angeschlossen ist, gekennzeichnet durch einen Kondensator (33) zwischen den Eingangsanschlüssen des Wechselrichters (l), wobei die Kapazität des Kondensators (33) in Resonanz mit der Reaktanz der Ankerwicklungen (21, 22, 23) des Wechselstrommotors (2) bringbar ist, und durch einen Zündsignal-Generator (5), der zur Versorgung des Wechselstrommotors (2) mit Impulsströmen nacheinander Zündsignale in einer vorbestimmten Folge in die jeweiligen Elektroden mehrerer, den Wechselrichter (l) bildenden Thyristoren (l , 12, 13, 14, 15, 16) speist (Fig. 3).

2. Wechselstrommotor-Steller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündsignal-Generator (5) aufweist:

einen ersten Signalerzeuger (51) zur Erzeugung eines Impulses,

einen zweiten Signalerzeuger (52) zur Erzeugung elektrischer Signale nacheinander in einer vorbestimmten Folge entsprechend den jeweiligen Thyristoren ,(11, 12, 13, 14, 15,.16), und

UND-Glieder (55, 56, 57, 58, 59, 60), die das Verknüpfungsprodukt aus dem Impuls vom ersten Signalerzeuger (51) und den jeweiligen elektrischen Signalen entsprechend den Thyristoren (ll, 12, 13,14, 15, 16)

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vom zweiten Signalerzeuger (52) bilden, um Ausgangssignale zu erzeugen , die als Zündsignale in die jeweiligen Gatter- oder St eueranschlüsse der entsprechenden Thyristoren (ll, 12, 13, 14, 15, 16) gespeist sind (Fig. 4).

3. Wechselstrommotor-Steller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Ausgangssignals wenigstens des ersten oder zweiten Signalerzeugers (51 bzw. 52) veränderbar ist (Fig. 4).

4. Wechselstrommotor-Steller nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrommotor (2) ein Synchronmotor ist, und daß der zweite Signalerzeuger (52) die Drehstellung des Ankers des Wechselstrommotors (2) erfaßt.

5. Wechselstrommotor-Steller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündsignal-Generator (5) einen Schalter hat, der den ersten Signalerzeuger (51) im Betrieb abschaltet, wenn der Wechselstrommotor (2) eine normale Drehzahl nach dem Anlaufen erreicht, so daß die Thyristoren (ll, 12, 13, 14, 15, 16) lediglich durch die Ausgangssignale des Drehstellungsfühlers (6) für den Anker des Wechselstrommotors (2) gesteuert sind.

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