DE2856574A1 - ARRANGEMENT FOR ADJUSTING THE SPEED OF AN INDUCTION MACHINE - Google Patents

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. The invention relates to an electronic arrangement with thyristors for adjusting the speed of induction machines with squirrel cage rotors. Such arrangements are already known, namely devices that adjust the speed via the frequency, so-called frequency converters, and devices that adjust the speed via the stator voltage, so-called three-phase controllers. Speed adjustment via frequency is almost lossless; however, the previously known designs of frequency converters are very complex. Speed adjustment via the voltage is lossy and not suitable for continuous operation due to the high slip losses; however, the construction costs for a three-phase current controller are very low.

Die erfindungsgemäße Anordnung verbindet auf einfache Weise die Vorzüge der beiden genannten Stelleinrichtungen! Verlustarme Drehzahlverstellung über die Frequenz bei geringem Bauaufwand.The arrangement according to the invention connects in a simple manner Wise the advantages of the two mentioned control devices! Low-loss speed adjustment via the frequency with low Construction costs.

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 NullThis is achieved by modifying the ignition angle specification that is customary for thyristor three-phase current controllers. As is well known, the size of the voltage-time areas on the load and thus the load current can be set via the ignition angle. The relationship between the ignition angle and the rms value of the output voltage or output current of the three-phase current controller is approximately linear over a wide control range. In the previously known three-phase power controller operation, the ignition angle, output voltage and load current are constant in a balanced state; the frequency corresponds _J declares the frequency of the supply Netzest In the inventive arrangement will now be amended to with a suitable control device, the hitherto customary Zündschema at three-phase controllers that negative during a certain number of network oscillations ignition only in the positive half cycles and then only ignition at the Halb vibrations takes place. This can be done, for example, in such a way that a small positive load current flows during a first positive half-oscillation of the mains voltage, a slightly larger load current flows during the second positive half-oscillation, a larger one during the third and the load current with the 4th, 5th and 6th half-oscillation " again to zero

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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.decreases. From the 6th half-shot, in the same way the thyristors for the negative half-oscillations of the mains voltage are ignited. Overall, one output voltage is obtained or a load current with an envelope whose frequency is lower than the mains frequency and whose curve shape can be influenced by modulating the ignition angle is. Three such arrangements are to be provided for three-phase systems, whereby the ignition angle is guided in this way be that the envelopes of the three load currents form a three-phase system with each 12o ° phase shift. The phase shift of 12o relates to the envelope frequency.

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.It can be shown that in the present arrangement, the amplitude and frequency of the first harmonic of the output voltage and current are approximately proportional to the amplitude and frequency of the envelope are. As a result, the modulation of the ignition angle allows amplitude and frequency adjust the fundamental oscillation of the output voltage. The main advantage of the arrangement according to the invention is here that the small number of 6 thyristors is required for a three-phase converter system.

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.The converter system according to the invention belongs in principle to the class of direct converters. With this converter principle, the frequency setting range is limited upwards. The converter is thus well suited for driving machines that have a single high or several low ones Demand speeds. The high speed can be achieved by direct connection to the mains or the usual manual operation and the low speed realized by simply switching in the control device to the control method described will. Depending on the requirements, driving or braking operation is possible. The arrangement is used, for example for elevators, hoists, transport equipment, centrifuges, machine tools and many more.

Die erfindungsgemäße Anordnung und ihre Funktionsweise wird an Hand von Figuren näher erläutert:The arrangement according to the invention and its mode of operation are explained in more detail with reference to figures:

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es zeigen:show it:

Fig. 1 ein Prinzipbild der erfindungsgemäßen Anordnung mit Steuereinrichtung, Leistungsteil und angeschlossener Asynchronmaschine. 1 shows a schematic diagram of the arrangement according to the invention with a control device, power section and connected asynchronous machine.

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf von Steuerspannung, einem Sperrsignal, Netzspannung, Zündimpulsen, und Ausgangsstrom für Phase R.Fig. 2 shows the timing of control voltage, a Lock signal, mains voltage, ignition pulses and output current for 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-The block diagram in FIG. 1 is based on analog control variables U. for the amplitude and U for the frequency of the fundamental oscillation of the converter output voltage. These two variables are fed to a setpoint generator 1. The setpoint generator generates three sinusoidal output signals U _{0, each shifted by .. 1 2o.}

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)voltage sizes U., U _{p are} adjustable. The setpoint generator signals can be generated with analog or digital circuit elements. Such arrangements are known in the literature. (Kahlen W: Setpoint generator for three-phase inverters based on the undershoot method, International Electronic Review 1970 No. 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 The three-phase setpoint signal is rectified with three diode circuits 2 _na ". The rectified signals JU ₂ R _s mf represent the input signals for the ignition pulse generators 3 _{σ m} . The ignition pulse generators generate the ignition pulses for the thyristors of the three-phase power controller 6. Usually, ignition pulse generators are designed so that the relationship between input voltage and ignition angle is approximately linear. In three cutting triggers 4_ _em , three blocking signals S are formed from the setpoint _{signals U 00 o _.} These signals are used to detect whether positive or negative half-oscillations are present. The locking signals control the release of the ignition pulses Z _{1R s T} ° of the Z _{2R g} ^ via three electronic switching devices 5_ _{o _.} In the case of positive half oscillations of the setpoint signal, the ignition pulses ^Z -] _R s T ^for

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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.the thyristors n _{1T5 c φ} released and the Zühdimpulse ^Z 2R ST blocked ^{for the} thyristors n _{2R s T.} The opposite is true for negative half oscillations. This means that only positive load currents in the counting direction shown are possible during positive half oscillations and only negative load currents during negative half oscillations. It follows that the frequency of the load currents corresponds to the frequency of the setpoint signals.

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. ■For further explanation, Fig. 2 shows images a, b, c, d, e, f setpoint output _{signal U-R} f, the associated blocking signal S ", curve of the mains voltage U, ignition pulses ^Z 1R ' ^Z 2R ^ ^{for the thyristors n} iR ' ⁿ 2R ^{un <} ä associated load current i "· shown. It can be seen that due to the linearity between control voltage, ignition angle and load current, the envelope curve of the load current is similar to the curve of the control voltage. The fundamental _{oscillation frequency f 2 of} the load current is in the present example 5 Hz with an assumed network frequency of 50 Hz. ■

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

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Claims (1)

3636 Anordnung zur Drehzahlverstellung einer InduktionsmaschineArrangement for adjusting the speed of an induction machine Loher GmbH, Elektromotorenwerke, 8399 Ruhstorf/Rott Patentansprüche: Loher GmbH, Elektromotorenwerke, 8399 Ruhstorf / Rott Patent claims: 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.Arrangement for speed adjustment of a three-phase induction machine with a three-phase thyristor three-phase current controller, characterized in that the firing pulses of the thyristors are generated in such a way that the output voltages of the three-phase power controller form a three-phase three-phase voltage system, the first of which Harmonic has a lower frequency than the frequency of the feeding network. 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.Arrangement according to Claim 1, characterized in that the envelope curve of the controller output voltage or of the controller output current via the ignition pulses sinusoidal, trapezoidal, sinusoidal, triangular or rectangular. Anordnung nach Ansprüchen 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß d.ie Frequenz der ersten Harmonischen synchron oder asynchron mit der Netzfrequenz vorgegeben werden kann.Arrangement according to Claims 1 and 2, characterized in that the frequency of the first harmonic is synchronous or can be specified asynchronously with the mains frequency. 4. Anordnung nach Ansprüchen 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der angeschlossenen Maschine über die Frequenz der ersten Harmonischen verstellt werden kann.4. Arrangement according to claims 1, 2, 3, characterized in that the speed of the connected machine can be adjusted via the frequency of the first harmonic. 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.5. Arrangement according to claims 1, 2, 3, 4, characterized in that that the speed of the connected machine is adjusted via the amplitude of the first harmonic can be. 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 Einschaltstrom6. Arrangement according to claims 1, 2, 3, 4, 5, characterized in that that the harmonic content of the machine current is low if you have an induction machine with a special rotor for small inrush currents verwendet. 030029/0109used. 030029/0109 ORIGINAL- INSPECTEDORIGINAL- INSPECTED