DE3345271A1

DE3345271A1 - Stromrichtergesteuerte mehrphasige drehfeldmaschine

Info

Publication number: DE3345271A1
Application number: DE19833345271
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. Dr.techn. 8500 Nürnberg Auinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1983-12-14
Publication date: 1985-07-04
Also published as: DE3345271C2

Description

Stromrichtergesteuerte mehrphasige Drehfeldmaschine
Die Erfindung betrifft eine stromrichtergesteuerte mehrphasige Drehfeldmaschine mit gleichstromseitiger Umschaltmöglichkeit galvanisch getrennter gleichartiger Teilwicklungssysteme nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Dabei ist jedes Teilwicklungssystem fest mit einer Stromrichterbrückenschaltung verbunden. Zur Spannungsanpassung ist bei hoher Drehzahl eine Parallelschaltung der Teilwicklungssysteme, bei niedriger Drehzahl deren Reihenschaltung notwendig. Hierbei sind bei der Reihenschaltung von a Teilwicklungssystemen im jeweiligen Strompfad mindestens 2a Ventile der Stromrichterbrückenschaltungen hintereinandergeschaltet, die einen mindestens a-fach höheren Spannungsabfall als bei Parallelschaltung bedingen und eine entsprechende Verschlechterung des Wirkungsgrades der Maschine zur Folge haben. Für eine kontaktlose Reihen-Parallel-Umschaltung sind noch zusätzliche Schaltventile erforderlich, deren Spannungsabfälle eine weitere Verschlechterung des Wirkungsgrades zur Folge haben, z.B. benötigt man zur gleichstromseitigen Reihenschaltung zweier Teilsysteme ein zusätzliches Schaltventil und zu deren wahlweisen Parallelschaltung zwei zusätzliche Schaltventile.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kontaktlose Systemumschaltung zu schaffen, die eine solche erhebliche Verringerung des Wirkungsgrades, insbesondere bei Reihenschaltung, vermeidet. Dies gelingt auf einfache und sichere Weise durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruchs 1.
Je ein Ausführungsbeispiel einer Drehfeldmaschine mit zwei bzw. vier Teilwicklungssystemen ist in der Zeichnung dargestellt und näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Schaltbild einer Drehfeldmaschine mit zwei galvanisch getrennten Teilwicklungssystemen, die zueinander in spiegelbildlicher Relativlage angeordnet und deren Stromrichter für den in Frage kommenden Betriebszustand in Reihenschaltung betrieben sind. Die im betrachteten Augenblick stromsperrenden Ventile sind dabei nur umrandet, die jeweils stromführenden Ventile schwarz gezeichnet.
Mit E und A sind die Eingangs zweige bzw. Ausgangs zweige der Stromrichterbrücken und mit Z ein Stromrichterzweig für die Reihenschaltung der beiden Teilwicklungssysteme bezeichnet.
P, N, M bedeuten positives, negatives und mittleres Potential, W1 und W2 die beiden Teilwicklungssysteme, die an sich in gleichartiger beliebiger Weise geschaltet sein können (im Ausführungsbeispiel als mehrgängige fünfsträngige Polygonschaltung).
Fig. 2 bis 4 eine Maschine mit vier Teilwicklungssystemen in Reihenschaltung, Reihen-Parallel-Schaltung und Parallelschaltung für beliebige gleichartige Teilwicklungsanordnungen.
An die Plus- und Minuspole einer Gleichstromquelle sind zwei Stromrichterbrückenschaltungen I und II mit ihren Eingangs zweigen El und E2 bzw. ihren Ausgangs zweigen Al und A2 angeschlossen. An die einzelnen Pfade zwischen den genannten Zweigen sind als Teilwicklungssysteme die Anschlußklemmen je einer fünsträngigen mehrgängigen Polygonschaltung W1 und W2 angeschlossen, die die fünfsträngige Gesamtwicklung einer Drehfeldmaschine bilden. Zur Reihenschaltung der beiden Teilwicklungssysteme W1, W2 ist ein Zusatzstromrichter Z12 vorgesehen, der mit den Pfaden der Stromrichterbrückenschaltungen I, II verbunden und im Parallelbetrieb der Teilwicklungszweige in allen seinen Pfaden stromsperrend gesteuert ist. Die beiden Teilwicklungssysteme W1, 1s sind hinsichtlich ihrer Phasenlage zueinander spiegelbildlich angeordnet, so daß durch die Ventile des Zusatzstromrichters Z12 jeweils in der Phasenlage diametrale Anschlußpunkte beider Teilwicklungssysteme verbunden werden können.
Bei Parallelbetrieb ist für die fünfsträngige zehnpulsige Schaltung die Taktfolge der Ventile der Ein- und Ausgangszweige El, E2 und Al, A2 so getroffen, daß zyklisch alternierend abwechselnd jeweils zwei Ventile der einen Brückenzweige (z.B. Eingangszweige El, E2) und drei Ventile der anderen Brückenzweige (A1, A2) stromdurchlässig gesteuert sind.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Reihenschaltung der beiden Teilwicklungssysteme sind der Ausgangszweig Al und der Eingangszweig E2 stromsperrend und der Zusatzstromrichter Z12 alternierend in jeweils zwei und drei wechselnden Pfaden stromdurchlässig gesteuert entsprechend der Steuerung der einzelnen Pfade der Zweige El und A2 in Übereinstimmung mit der zweigängigen, fünfphasigen Wicklungsanordnung der Teilwicklungssysteme W1, W2. Die Steuerung des Zusatzstromrichters Z12 erfolgt dabei in gleicher Weise wie die bei Parallelbetrieb notwendige Steuerung von Al und E2. Im betrachteten Augenblick sind drei Ventile der Zweige El und A2 stromdurchlässig und zwei Ventile des Zusatzstromrichters Zl2; im nächsten Schaltzustand sind es drei Ventile des Zusatzstromrichters Z12 und ie zwei Ventile der Brücken-Zweige El und A2. Die Systemumschaltung erfolgt praktisch unterbrechungslos durch einfache Steuersignalüberleitung von den Zweigen Al und E2 auf Z12 und umgekehrt.
Bei anderen Schaltungsanordnungen der Teilwicklungssysteme mit anderen Strangzahlen und anderen inneren Schaltungen der einzelnen Teilwicklungen, d.h. beliebig wählbarer Verkettung der Teilwicklungszweige, werden (allgemein aus- gedrückt) zur Reihen-Parallel-Schaltung von a-Teilsystemen (a-1) Zusatzstromrichterzweige benötigt, von denen jeder bei m-strängigen Wicklungssystemen aus m Ventilen entsprechend wie die Eingangs- und Ausgangs zweige E und A besteht. Ein schematisches Beispiel einer zweistufigen Systemumschaltung für eine Drehfeldmaschine mit vier Teilwicklungszweigen W1 bis W4 für nicht näher gezeigte beliebige Strangzahlen m und beliebige Strangverbindungen zeigen die Fig. 2 bis 4. Die jedem Wicklungssystem zugeordneten, jeweils nur durch ein Ventilsymbol angedeuteten Eingangs-und Ausgangs zweige der Stromrichterbrückenschaltungen sind mit El bis E4 und Al bis A4, die Zusatzstromrichter mit Z12, Z23 und Z34 bezeichnet; sie verbinden die Systeme I, II, III und IV.
Fig. 2 zeigt die Reihenschaltung aller vier Systeme, Fig. 4 die Parallelschaltung aller Systeme und Fig. 3 eine Zwischenstufe mit Reihenschaltung der Systeme I und II sowie III und IV und die Parallelschaltung dieser Reihenanordnungen.
Die jeweils stromführend gesteuerten Brückenzweige sind dabei durch ein schwarzes Ventilsymbol und die sperrend betriebenen Brückenzweige durch ein nur umrandetes Ventilsymbol gekennzeichnet.
Bei der reinen Reihenschaltung liegen fünf hintereinandergeschaltete Ventil zweige im Strompfad statt acht Ventilzweige bei einer kontaktbehafteten Umschaltung bzw. statt elf Ventilen bei einer herkömmlichen elektronischen Umschaltung auf der Gleichstromseite.
3 Patentansprüche 4 Figuren - Leerseite -

Claims

Patentansprüche Stromrichtergesteuerte mehrphasige Drehfeldmaschine ,fF mit gleichstromseitiger Umschaltmöglichkeit galvanisch getrennter gleichartiger Teilwicklungssysteme, von denen jedes mit einer Stromrichterbrückenschaltung verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Teilwicklungssysteme (W1, W2, W3, W4) über zusätzliche steuerbare Stromrichterzweige (Z12, Z23, Z34) miteinander verbunden sind, deren Ventile bei Reihenschaltung im gleichen Rhythmus wie die ausgangs- bzw. eingangsseitigen Ventile der benachbarten Stromrichterbrücken bei Parallelschaltung gesteuert sind, so daß von der Stromrichterbrückenschaltung (I) des ersten Teilwicklungssystems (W1) nur Ventile des Eingangszweiges und von der Stromrichterbrückenschaltung (II bzw. IV) des letzten Teilwicklungssystems (W2 bzw. W4) nur Ventile der betreffenden Ausgangszweige und Ventile des bzw. der Zusatzstromrichter (Z12, Z23, Z34) stromdurchlässig und alle Ventile der übrigen Stromrichterzweige stromsperrend gesteuert sind, wogegen bei Parallelbetrieb alle Ventile der Zusatzstromrichter stromsperrend gesteuert sind.
2. Drehfeldmaschine 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 Ventile der Zusatzstromrichter (Z12, 723, 234) an jeweils hinsichtlich ihrer Phasenlage diametralen Anschlußpunkte benachbarter Teilwicklungssysteme (W1y W2 W3, W4) angeschlossen sind.
3. Drehfeldmaschine nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei Wicklungssystemen mit ungerader Phasenzahl die über die Zusatzstromrichter verbundenen benachbarten Teilsysteme in zueinander spiegelbildlicher Phasenlage angeordnet sind (Fig. 1).