DE2856574A1

DE2856574A1 - Anordnung zur drehzahlverstellung einer induktionsmaschine

Info

Publication number: DE2856574A1
Application number: DE19782856574
Authority: DE
Inventors: Jochen Dr Ing Schoerner
Original assignee: Loher GmbH
Current assignee: Loher GmbH
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1978-12-28
Publication date: 1980-07-17
Also published as: BE880883A; LU82046A1; FR2445652A1; NL7909220A; DE2856574C2; AT372556B; GB2042286A; ATA775179A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Anordnung mit Thyristoren zur Verstellung der Drehzahl von Induktionsmaschinen mit Kurzschlußläufer. Derartige Anordnungen sind bereits bekannt, und zwar Geräte, die eine Drehzahlverstellung über die Frequenz vornehmen, sogenannte Frequenzumrichter, und Geräte, die eine Drehzahlverstellung über die Ständerspannung vornehmen, sogenannte Drehstromsteller. Drehzahlverstellung über die Frequenz ist nahezu verlustlos; die bisher bekannten Ausführungen von Frequerizumrichtern sind jedoch sehr aufwendig. Drehzahlverstellung über die Spannung ist verlustbehaftet und infolge der hohen Schlupfverluste für Dauerbetrieb nicht geeignet; dafür ist der Bauaufwand für einen Drehstromsteller sehr gering.

Die erfindungsgemäße Anordnung verbindet auf einfache Weise die Vorzüge der beiden genannten Stelleinrichtungen! Verlustarme Drehzahlverstellung über die Frequenz bei geringem Bauaufwand.

Dies wird dadurch erreicht, daß man die bei Thyristor-Drehstromstellern übliche Zündwinkelvorgabe abändert. Bekanntlich kann man über den Zündwinkel die Größe der Spannungszeitflächen an der Last und damit den Laststrom einstellen. Hierbei ist der Zusammenhang zwischen Zündwinkel und Effektivwert von Ausgangsspannung bzw. Ausgangsstrom des Drehstromstellers in einem weiten Steuerbereich näherungsweise linear. Bei bisher bekanntem Drehstromstellerbetrieb sind im ausgeglichenen Zustand Zündwinkel, Ausgangsspannung und Laststrom konstant; die Frequenz ent- _J spricht der Frequenz des speisenden Netzest In der erfindungsgemäßen Anordnung wird nun mit einer geeigneten Steuereinrichtung das bisher übliche Zündschema bei Drehstromstellern dahingehend abgeändert, daß während einer bestimmten Anzahl von Netzschwingungen nur Zündung bei den positiven Halbschwingungen und anschließend nur Zündung bei den negativen HaIbSchwingungen erfolgt. Dies kann man beispielsweise so ausführen, daß während einer ersten positiven Halbschwingung der Netzspannung ein kleiner positiver Laststrom fließt, während der zweiten positiven Halbschwingung ein etwas größerer, während der dritten ein großer und mit der 4., 5. und 6. Halbschwingung der Laststrom" wieder bis Null

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abnimmt. Ab der' 6.Halbschwihgun^.werden In gleicher Weise die Thyristoren für die negativen Halbschwingungen der Netzspannung gezündet. Man erhält insgesamt eine Ausgangsspannung bzw. einen Laststrom mit einer Hüllkurve, deren Frequenz niedriger als die Netzfrequenz ist und deren Kurvenform über die Modulation der Zündwinkel beeinflußbar ist. Für Dreiphasensysteme sind drei derartige Anordnungen vorzusehen, wobei die Zündwinkel so geführt werden, daß die Hüllkurven der drei Lastströme ein Drehstromsystem mit jeweils 12o ° Phasenverschiebung bilden. Die Phasenverschiebung von 12o bezieht sich auf die Hüllkurvenfrequenz.

Man kann zeigen, daß bei vorliegender Anordnung Amplitude und Frequenz der ersten Harmonischen von Ausgangsspannung und Strom näherungsweise proportional zu Amplitude und Frequenz der Hüllkurve sind. Folglich lassen sich über die Modulation der Zündwinkel Amplitude und Frequenz der Grundschwingung der Ausgangsspannung verstellen. Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist hierbei, daß für ein dreiphasiges ümrichtersystern die geringe Anzahl von 6 Thyristoren benötigt wird.

Das erfindüngsgemäße Umrichtersystem gehört prinzipiell zur Klasse der Direktumrichter. Bei diesem Umrichterprinzip ist der Frequenzstellbereich nach oben begrenzt. Der Umrichter ist damit gut geeignet für den Antrieb von Arbeitsmaschinen, die neben einer hohen einzelne oder mehrere niedrige Drehzahlen fordern. Die hohe Drehzahl kann durch direkten Netzanschluß oder üblichen Stellerbetrieb und die niedrige Drehzahl durch einfaches Umschalten in der Steuereinrichtung auf das beschriebene Steuerverfahren realisiert werden. Je nach Erfordernis ist treibender oder bremsander Betrieb möglich. Anwendung findet die Anordnung beispielsweise bei.Aufzügen, Hebezeugen, Transporteinrichtungen, Zentrifugen, Werkzeugmaschinen u.v.a.

Die erfindungsgemäße Anordnung und ihre Funktionsweise wird an Hand von Figuren näher erläutert:

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es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipbild der erfindungsgemäßen Anordnung mit Steuereinrichtung, Leistungsteil und angeschlossener Asynchronmaschine.

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf von Steuerspannung, einem Sperrsignal, Netzspannung, Zündimpulsen, und Ausgangsstrom für Phase R.

In der Blockschaltbilddarstellung in Fig. 1 wird von analogen Steuergrößen U. für die Amplitude und U für Frequenz der Grundschwingung der Umrichterausgangsspannung ausgegangen. Diese beiden Größen werden einem Sollwertgcnerator 1 zugeführt. Der Sollwertgenerator erzeugt drei sinusförmige, um jeweils.. 1 2o verschobene Ausgangssignale U₀ deren Amplitude und Frequenz über die Eig-

nungsgrößen U., U_p verstellbar sind. Die Sollwertgeneratorsignale können mit analogen oder digitalen Schaltkreisgliedern erzeugt werden. Derartige Anordnungen sind in der Literatur bekannt. (Kahlen W: Sollwertgenerator für Drehstrom-Wechselrichter nach dem Unterschwingungsverfahren, Internationale Elektronische Rundschau 1970 Nr. 2)

Das dreiphasige Sollwertsignal wird mit drei Diodenschaltungen 2_{n a} „ gleichgerichtet. Die gleichgerichteten Signale JU₂R _s mf stellen die Eingangssignale für die Zündimpulsgeneratoren 3 _{σ m} dar. Die Zündimpulsgeneratoren erzeugen die Zündimpulse für die Thyristoren des Drehstromstellers 6. Üblicherweise führt man Zündimpulsgeneratoren so aus, daß der Zusammenhang zwischen Eingangsspannung und Zündwinkel näherungsweise linear ist. In drei Schnittriggern 4_ _{e m} werden aus den Sollwertsignalen U_{00 o} _ drei Sperrsignale S gebildet. Diese Signale dienen zur Erkennung, ob positive oder negative Halbschwin gungen vorliegen. Die Sperrsignale steuern über drei elektronische Schalteinrichtungen 5_ _o _ die Freigabe der Zünd impulse Z_{1R s T} °der Z_{2R g} ^. Bei positiven HaIbschwingungen des Sollwertsignals werden die Zündimpulse ^Z-]_R s T ^für

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die Thyristoren n_{1T5 c φ} freigegeben und die Zühdimpulse ^Z2R S T ^{für die} Thyristoren n_{2R s T} gesperrt. Bei negativen Halbschwingungen verhält es sich umgekehrt. Damit sind während positiver Halbschwingungen nur positive Lastströme der eingezeichneten Zählrichtung und während negativer Halbschwingungen nur negative Lastströme möglich. Daraus folgt, daß die Frequenz der Lastströme der Frequenz der Sollwertsignale entspricht.

Zur weiteren Erläuterung sind in Fig. 2 Abbildungen a, b, c, d, e, f Sollwertausgangssignal U-_Rf das zugehörige Sperrsignal S „, Verlauf der Netzspannung U , Zündimpulse ^Z1R' ^Z2R ^^{ür die Th}Y^{ristoren n}iR' ⁿ2R ^un<ä zugehöriger Laststrom i„· aufgezeigt. Man sieht, daß infolge der Linearität zwischen Steuerspannung, Zündwinkel und Laststrom die Hüllkurve des Laststromes ähnlich der Kurvonform der SteuerSpannung ist. Die Grundschwingungsfrequenz f₂ des Laststromes beträgt in vorliegendem Beispiel 5 Hz bei einer angenommenen Netzfrequenz von 50 Hz. ■

Ruhstorf, den 15. Dez. 1978
ET 2 - dr.schö-gr

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Claims

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Anordnung zur Drehzahlverstellung einer Induktionsmaschine

Loher GmbH, Elektromotorenwerke, 8399 Ruhstorf/Rott Patentansprüche:

Anordnung zur Drehzahlverstellung einer dreiphasigen Induktionsmaschine mit einem dreiphasigen Thyristordrehstromsteller, dadurch·gekennzeichnet, daß die Zündimpulse der Thyristoren so erzeugt werden, daß die Ausgangsspannungen des Drehstromstellers ein dreiphasiges Drehspannungssystem bilden, dessen erste Harmonische eine niedrigere Frequenz als die Frequenz des speisenden Netzes aufweist.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkurve der Stellerausgangsspannung bzw. des Stellerausgangsstromes über die Zündimpulse sinusförmig, trapezförmig, sinustrapezförmig, dreieckförmig oder rechteckförmig vorgegeben werden kann.

Anordnung nach Ansprüchen 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß d.ie Frequenz der ersten Harmonischen synchron oder asynchron mit der Netzfrequenz vorgegeben werden kann.

4. Anordnung nach Ansprüchen 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der angeschlossenen Maschine über die Frequenz der ersten Harmonischen verstellt werden kann.

5. Anordnung nach Ansprüchen 1, 2, 3, 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der angeschlossenen Maschine über die Amplitude der ersten Harmonischen verstellt werden kann.

6. Anordnung nach Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberschwingungsgehalt des Maschinenstromes gering ist, wenn man eine Induktionsmaschine mit Sonderläufer für Kleinen Einschaltstrom

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ORIGINAL- INSPECTED