DE3616204A1

DE3616204A1 - DRIVE CIRCUITS FOR INDUCTION MOTORS

Info

Publication number: DE3616204A1
Application number: DE19863616204
Authority: DE
Inventors: Barry Wayne West Acton London Williams
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-05-20
Filing date: 1986-05-14
Publication date: 1986-12-04
Also published as: GB2175157A; GB8512711D0; JPS61266093A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schaltkreise für Induktionsmotoren, wie beispielsweise Kurzschlußläuferinduktionsmotoren (SCIM) oder Schleifringläufermotoren.The invention relates to circuits for induction motors, such as squirrel cage induction motors (SCIM) or slip ring motors.

,./ Es wird Bezug genommen auf die britische Anmeldung desselben Anmelders Nr, 2 150 772A, welche eine asymmetrische Halbbrückenanordnung zur Steuerung eines bifiLaren (oder teilweise bifiLaren) KurzschLußLauferinduktionsmotors beschreibt.,. / Reference is made to its UK application Applicant No. 2 150 772A, which is an asymmetrical Half-bridge arrangement for controlling a binary (or partially bifiLaren) short-circuit rotor induction motor describes.

Bezug genommen wird ferner auf die britischen Patentbeschreibungen 1 048 682, 1 167 320 und 1 385 205, welche Wechselrichtermotorformen im wesentlichen von der in Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen gezeigten Art offenbaren. In dieser Anordnung ist jeder Phase des Dreiphasenmotors ein entsprechendes Paar gegenphasig verbundener Bifi larwickLungen 1, 2 zugeordnet. Ein entsprechender Thyristor Sa, Sb, Sc, Sd, Se oder Sf ist in Reihenschaltung mit jeder Wicklung 1 oder 2 verbunden, und diese Thyristoren werden durch einen SteuerschaLtkreis (nicht gezeigt) geschaltet, um die Wicklungen jedes Wicklungspaares zu veranlassen, Strom abwechselnd und in entgegengesetzten Richtungen bei einer Frequenz zu Leiten, die zur Veränderung der Drehzahl des Motors verändert werdenReference is also made to the UK patent specifications 1 048 682, 1 167 320 and 1 385 205, which inverter motor forms essentially differ from that in Figure 1 of the accompanying drawings disclose. In this arrangement, each is phase of the three phase motor a corresponding pair of dual windings 1, 2 connected in phase opposition is assigned. A corresponding one Thyristor Sa, Sb, Sc, Sd, Se or Sf is connected in series with each winding 1 or 2, and these Thyristors are switched by a control circuit (not shown) to cause the windings of each pair of windings to flow current alternately and in opposite directions Conducting directions at a frequency that are varied to vary the speed of the motor

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kann. Um das Auftreten von großen Spannungsübergängen beim Schalten der Wicklungen zu verhindern, ist quer über jeden der Thyristoren eine entsprechende Diode Da, Db, Dc, Dd, De oder Df angeschlossen, um so einen Weg für den Strom zu schaffen, der in einer Wicklung eines Paares durch schnelles Abschalten des Stromes in der anderen Wicklung des Paares induziert wurde.can. In order to prevent the occurrence of large voltage transitions when switching the windings, it is transverse a corresponding diode Da across each of the thyristors, Db, Dc, Dd, De or Df attached to such a way for the current to be created in a winding of a Pair was induced by quickly switching off the current in the other winding of the pair.

*v> Jedoch leidet die Anordnung nach Fig. 1 unter verschiedenen schweren Nachteilen. Erstens kann die Streuinduktanz zwischen den bifiLaren Wicklungen hohe Überspannungen beim Abschalten des Thyristors verursachen, und zweitens wird, wenn eine Wicklung eines Paares leitend ist, in der anderen Wicklung eine Spannung erzeugt, so daß die von der Spannung abgeschaltete zugeordnete Schaltvorrichtung die zweifache Speisespannung hat. Das bedeutet, daß in einer solchen Form mit doppelter Speisespannung ausgelegte Schalteinrichtungen erforderlich sind, was zu einer geringen Verwendbarkeit der Vorrichtung führt.* v> However, the arrangement of Fig. 1 suffers from several serious disadvantages. First, the leakage inductance between the binary windings can create high overvoltages when switching off the thyristor, and secondly, when one winding of a pair becomes conductive is, a voltage is generated in the other winding, so that the associated switching device is disconnected from the voltage has twice the supply voltage. That means, that designed in such a form with double the supply voltage switching devices are required, which leads to leads to a poor usability of the device.

Diese Nachteile werden durch die asymmetrische Halbbrückenanordnung der Anmeldung 2 150 772A überwunden, in welcher jeder der sechs Wicklungen eine halbe Brücke zugeordnet ist, wie in Fig. 2 der beigefügten Zeichnungen gezeigt, bestehend aus zwei Halbleiterschaltern T1 und T2,These disadvantages are caused by the asymmetrical half-bridge arrangement of application 2 150 772A, in which each of the six windings is half a bridge is assigned, as shown in Fig. 2 of the accompanying drawings, consisting of two semiconductor switches T1 and T2,

die mit gegenüberliegenden Enden der Wicklung 3 verbunden sind, und zwei Freilaufdioden Df1 und Df 2, die ebenso mit den gegenüberliegenden Enden der Wicklung 3 verbunden sind. Eine Stromzufuhr zu der Wicklung 3 wird erzielt durch gleichzeitiges Schalten der Schalter T1 und T 2. Die Dioden begrenzen alle Vorrichtungsspannungen auf die Spannung der Zuführungsschiene, und die Streuenergie der Wicklung bei Abschalten wird durch die Dioden in die Zufuhrmenge eingespeist. Es treten bei einer solchen Anordnung keine überspannungsspitzen auf.which are connected to opposite ends of the winding 3 are, and two free wheeling diodes Df1 and Df 2, which are also connected to the opposite ends of the winding 3 are. A power supply to the winding 3 is achieved by switching switches T1 and T 2 at the same time. The diodes limit all device voltages to the supply rail voltage and the stray energy of the winding when it is switched off is fed into the supply quantity through the diodes. It occurs with such an arrangement no overvoltage peaks.

Jedoch hat die Anordnung nach der Anmeldung 2 150 772A eine Hauptbegrenzung. Sie verwendet eine Gesamtzahl von zwölf Halbleiterschaltern (Energietransistoren oder Thyristoren), während die Form nach Fig. 1 nur sechs Schaltvorrichtungen verwendet.However, the arrangement according to application 2,150,772A a major limitation. She used a total of twelve semiconductor switches (energy transistors or Thyristors), while the form of Fig. 1 only six Switching devices used.

Δ Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine neuartige Form eines Antriebsschaltkreises für einen Induktionsmotor zu schaffen, welche sich auf diese Anordnung gründet, jedoch so gestaltet werden kann, daß die oben erwähnte Begrenzung vermieden wird. Δ It is the object of the invention to provide a novel form of drive circuit for an induction motor, which is based on this arrangement but can be designed so that the above-mentioned limitation is avoided.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Antriebsschaltkreis für einen Induktionsmotor vorgesehen mit einem PaarIn accordance with the present invention is a drive circuit intended for an induction motor with a pair

jeder Phase des Motors zugeordneten Wicklungen, wobei diese Wicklungen jedes Paares gegenphasig verbunden sind, der Stromkreis Zufuhreinrichtungen zur Verbindung mit einer Gleichstromquelle enthält, sowie entsprechende Schalteinrichtungen, die jedem Wicklungspaar zur Zufuhr von Strom von der Quelle zu jeder Wicklung in nur einer Richtung zugeordnet sind, sowie Frequenzsteuereinrichtungen zum Schalten der Schalteinrichtungen, um die Wicklungen jedes Wicklungspaares zu veranlassen, Strom abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen bei einer Frequenz zu führen, die zur Veränderung der Drehzahl des Motors verändert werden kann, wobei die jedem Wicklungspaar zugeordneten Schalteinrichtungen einen Brückenschaltkreis mit einem ersten Schaltelement zur Verbindung zwischen einer Zufuhrschiene der Zufuhreinrichtung und einem ersten Ende einer Wicklung des WickLungspaares enthalten, sowie ein zweites Schaltelement zur Verbindung zwischen der anderen Zufuhrschiene der Zufuhr einrichtung und einem ersten Ende der anderen Wicklung des Wicklungspaares von derselben Polarität wie das erste Ende der genannten einen Wicklung, so daß jeder Phase des Motors nur zwei Schaltelemente zugeordnet sind.windings assigned to each phase of the motor, these windings of each pair being connected in phase opposition, the circuit supply devices for connection with contains a direct current source, as well as corresponding switching devices, each pair of windings to supply electricity from the source to each winding in only one direction are assigned, as well as frequency control devices to the Switching the switching devices to the windings each Pair of windings to cause current to alternate in opposite directions To guide directions at a frequency that are varied to vary the speed of the motor can, the switching devices assigned to each winding pair a bridge circuit with a first Switching element for connection between a feed rail the feeder and a first end of a winding of the winding pair, as well as a second switching element for connection between the other feed rail the feeder and a first end of the other Winding the pair of windings of the same polarity as the first end of said one winding so that each Phase of the motor are only assigned to two switching elements.

Demzufolge werden, wo eine solche Anordnung zum Antrieb eines Dreiphasenmotors verwendet wird, nur sechs Schaltelemente benötigt, und ferner brauchen diese SchaltelementeAccordingly, where such an arrangement for propulsion of a three-phase motor is used, only six switching elements needed, and also need these switching elements

• /ο.• / ο.

nur bei der Speisespannung ausgelegt zu sein.to be designed only for the supply voltage.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält jeder Brückenschaltkreis ferner eine erste Freilaufdiode, die zwischen der genannten anderen Zuführungsschiene und dem Verbindungspunkt des ersten Schaltelements mit der genannten ersten Wicklung angeschlossen ist, und eine zweite Freilaufdiode, die zwischen der genannten einen Zuführungsschiene und dem Verbindungspunkt des zweiten Schaltelements mit der genannten anderen Wicklung angeschlossen ist, wodurch jede Freilaufdiode einen Pfad zum Freilauf des Motorstroms bildet, wenn das zugeordnete Schaltelement abgeschaltet ist. Dies verhindert das Auftreten von Spannungsspitzen infolge von Streuung.In a preferred embodiment of the invention contains each bridge circuit also has a first freewheeling diode, that between said other feed rail and the connection point of the first switching element is connected to said first winding, and a second freewheeling diode interposed between said a feed rail and the connection point of the second switching element connected to said other winding is, whereby each freewheeling diode forms a path for freewheeling the motor current, if the associated Switching element is switched off. This prevents the occurrence of voltage spikes due to scattering.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nunmehr auf die verbleibenden Figuren der beigefügten Zeichnungen Bezug genommen.For a better understanding of the invention, reference is now made to the remaining figures of the accompanying drawings Referenced.

Es zeigen:Show it:

Fig. 3a ein vereinfachtes Schaltschema eines Antriebsschaltkreises gemäß der Erfindung für einen Induktionsmotor in Sternschaltung,3a shows a simplified circuit diagram of a drive circuit according to the invention for a Induction motor in star connection,

Fig. 3b ein vereinfachtes Schaltschema eines Antriebsschaltkreises gemäß der Erfindung für einen Induktionsmotor in Dreieckschaltung,3b shows a simplified circuit diagram of a drive circuit according to the invention for a Induction motor in delta connection,

Fig. 4a eine Abwandlung des Schaltkreises nach Fig. 3a,FIG. 4a shows a modification of the circuit according to FIG. 3a,

Fig. 4b eine Abwandlung des Schaltkreises nach Fig. 3b, undFIG. 4b shows a modification of the circuit according to FIG. 3b, and

Fig. 4c eine Abwandlung der obigen Schaltkreise für einen Motor in Sterndreieckschaltung.Fig. 4c a modification of the above circuits for a star-delta motor.

Fig. 3a zeigt einen SCIM-Motor mit drei Paaren bifilarer Wicklungen 3, 4, 5, 6 und 7 , 8, die gemäß der Darstellung in Sternschaltung verbunden sind. Jede Wicklung 3, 4, 5, 6, 7 und 8 ist mit einem entsprechenden Anschluß A3, A4, A5, A6, A7 und A8 eines Antriebsschaltkreises an einem Ende von einer bestimmten Polarität verbunden, und die anderen Enden der Wicklungen von der entgegengesetzten Polarität sind gemeinsam verbunden. Jeder Anschluß A3, A4, A5, A6, A7 und A8 ist mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt eines entsprechenden Schalttransistors T3, T4, T5, T6, T7 und T8 und einer entsprechenden Frei laufdiode Df3, Df4, Df5, Df6, Df7 oder Df8 verbunden, wobei jeder Schalttransistor und die zugeordnete Freilaufdiode über die Zufuhrschienen in Reihenschaltung verbunden sind.Fig. 3a shows a SCIM motor with three pairs of bifilar Windings 3, 4, 5, 6 and 7, 8 according to the illustration are connected in star connection. Each winding 3, 4, 5, 6, 7 and 8 are connected to a respective terminal A3, A4, A5, A6, A7 and A8 of a drive circuit at one end connected by a certain polarity, and the other Ends of the windings from the opposite polarity are connected together. Each port A3, A4, A5, A6, A7 and A8 is one with the common connection point corresponding switching transistor T3, T4, T5, T6, T7 and T8 and a corresponding free-running diode Df3, Df4, Df5, Df6, Df7 or Df8 connected, with each switching transistor and the associated freewheeling diode via the feed rails are connected in series.

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Ein SteuerschaLtkreis (nicht gezeigt) dient zum An- und Abschalten der SchaLttransistören, so daß jedes Paar Transistoren T3, T4 oder T5, T6 oder T7, T8, die mit jedem WickLungspaar verbunden sind, geschaltet wird, so daß die Transistoren abwechselnd an- und abgeschaltet werden, um die Wicklungen jedes WickLungspaares zu veranlassen. Strom abwechselnd und in entgegengesetzten Richtungen bei einer Frequenz zu führen, die durch den Steuerschaltkreis zur Veränderung der Drehzahl des Motors verändert werden kann.A control circuit (not shown) is used to switch on and off Switching off the switching transistors so that each pair Transistors T3, T4 or T5, T6 or T7, T8 that go with each Winding pair are connected, is switched, so that the transistors are alternately turned on and off to cause the windings of each pair of windings. Conduct current alternately and in opposite directions at a frequency determined by the control circuitry can be changed to change the speed of the motor.

In dieser Anordnung gibt es keine Möglichkeit zum Auftreten eines Kurzschlußpfades, der nicht eine der Motorwicklungen beinhaltet, da mit jedem Scha Lttransistör eine Wicklung in Reihe Liegt, so daß die Anstiegsrate eines Fehlerstroms begrenzt ist und ein Schaltkreis zur Auffindung von überströmen verwendet werden kann, um die Schalttransistoren abzuschalten oder eine Brechstange zu betätigen. Die Freilaufdiöden schaffen außerdem einen alternativen Strompfad, mittels dessen Streuenergie und mit den Wicklungen verbundene Energie schadlos zu den Zuführschienen geleitet werden kann, wenn jeder der SchaLttransistoren abgeschaltet ist.In this arrangement there is no possibility of a short-circuit path occurring other than either of the motor windings includes, since with each switch transistor one Winding in series so that the rate of rise of a fault current is limited and a circuit for detection from overcurrents can be used to turn off the switching transistors or a crowbar to operate. The free-wheeling dioden also create one alternative current path, by means of its stray energy and energy connected to the windings without damage to the feed rails can be conducted when each of the switching transistors is switched off.

Fig. 3b zeigt einen gleichwertigen AntriebsschaLtkreis für einen Motor in Dreieckschaltung mit drei Wicklungs-Fig. 3b shows an equivalent drive circuit for a motor in delta connection with three winding

paaren 3", 4', 5', 6¹ und 7·, 8'.pair 3 ", 4 ', 5', 6 ¹ and 7 ·, 8 '.

In den Anordnungen der Figuren 3a und 3b ist eine hohe interbifiLa re WickLungsstreuinduktanz ein wünschenswertes Merkmal, da unter FehLerbedingungen die Anstiegsrate des FehLerstroms um so geringer ist, je höher die Streuinduktanz L ist (v = L di/dt). Im Gegensatz dazu ist bei Verwendung des Schaltkreises nach Fig. 1 die Streuinduktanz im IdeaLfall gleich NuLl (obwohL dies in der Praxis unmöglich zu erreichen ist), um hohe Spannungsspitzen beim Abschalten zu vermeiden. Jedoch würde in Abwesenheit der Streuinduktanz ein Fehlerstromschutz nicht gegeben sein im Hinblick auf die hohe Anstiegsrate des Fehlerstroms im FaLLe eines Kurzschlusses.In the arrangements of Figures 3a and 3b is a high interbifiLa re winding leakage inductance a desirable one Feature, because under error conditions the rate of increase of the fault current, the lower the higher the leakage inductance L is (v = L di / dt). In contrast, when the circuit of FIG. 1 is used, the leakage inductance is ideally equal to zero (although this is impossible to achieve in practice) in order to avoid high voltage peaks in the Avoid switching off. However, in the absence of leakage inductance, there would be no residual current protection with regard to the high rate of rise of the fault current in the event of a short circuit.

Um eine hohe Streuinduktanz zwischen den Wicklungen eines Wicklungspaares zu erreichen und dabei sicherzustellen, daß beide Wicklungen -fest mit dem durch das Statoreisen des Motors gebildeten Magnetkreis gekoppelt sind, ist es vorteilhaft, wenn die bifilaren Wicklungen durch WickLungspaare ersetzt werden, in denen jede Spule getrennt gewickelt ist und die beiden Spulen in den Statorschlitzen der Maschine aufeinander angeordnet sind. Die physische Trennung jeder Spule ergibt eine hohe Streuinduktanz der einen relativ zu der anderen, während jede fest mit dem Statoreisen gekoppelt ist (geringe Streuin-To have a high leakage inductance between the windings of a To achieve the winding pair and thereby ensure that both windings - fixed to the one through the stator iron The magnetic circuit formed by the motor are coupled, it is advantageous if the bifilar windings are through Winding pairs are replaced in which each coil is separate is wound and the two coils are arranged one on top of the other in the stator slots of the machine. the physical separation of each coil results in a high leakage inductance of one relative to the other while each is firmly coupled to the stator iron (low scatter

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duktanz). Der Statoreisenschaltkreis kann nicht zwischen der Verwendung solcher Spulenpaare und der Verwendung bifilarer Wicklungen unterscheiden, so daß beide Anordnungen mit Bezug auf den Rotor des Motors und den Energieausgang magnetisch in derselben Weise funktionieren.duct dance). The stator iron circuit cannot between the use of such coil pairs and the use of bifilar windings differ, so that both arrangements function magnetically in the same way with respect to the rotor of the motor and the energy output.

Es ist 'ebenso vorteilhaft, wenn besondere Anordnungen getroffen werden, um die Kupferverluste des Motorstators zu reduzieren. Bei dem herkömmlichen Induktionsmotor fließt der Strom in beiden Richtungen (bipolar) durch die Wicklungen entsprechend dem Richtungswechsel des zugeführten Wechselstroms. Bei den bifilar gewickelten Motoren (oder einem Spulenpaar) nach den Figuren 1, 2 und 3 fließt jedoch der Strom durch jede Spule in nur einer Richtung (unipolar), so daß bei einer gegebenen Statorschlitzgröße des Motors die Kupferverluste (i R) infolge des Kupferdrahtwiderstandes verdoppelt werden. Da diese Kupferverluste zur Erzeugung von Wärme führen und die Motoren nach zulässigem Motortemperaturanstieg ausgelegt sind, verlangt ein unipolarer Statormotor einen verminderten Höchststrom, um den zulässigen Temperaturanstieg zu erzeugen. Ferner führt eine Verminderung des maximal zulässigen Stroms zu einer Verminderung des maximalen Drehmomentausgangs, und somit ist bei einer gegebenen Motorrahmengröße und einer gegebenen Temperaturein-It is also advantageous if special arrangements are made to reduce the copper losses of the motor stator to reduce. In the conventional induction motor the current flows in both directions (bipolar) through the windings according to the change of direction of the supplied alternating current. With the bifilar coiled Motors (or a pair of coils) according to Figures 1, 2 and 3, however, the current flows through each coil in only one direction (unipolar), so that for a given stator slot size of the motor the copper losses (i R) doubled due to the copper wire resistance. As these copper losses lead to the generation of heat and the motors according to the permissible motor temperature rise are designed, a unipolar stator motor requires one reduced maximum current in order to generate the permissible temperature rise. Furthermore, a reduction in the maximum allowable current leads to a reduction in the maximum torque output, and thus is at a given Motor frame size and a given temperature input

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stufung durch die Verwendung eines unipolaren Motors im Hinblick auf die unipolare Verwendung der Kupferwicklunge η ein geringerer Energieausgang erreichbar.grading through the use of a unipolar motor with regard to the unipolar use of the copper winding η a lower energy output can be achieved.

Die Kupferverluste in den Wicklungen können vermindert werden, indem jede Wicklung zum Teil bipolar und zum anderen Teil unipolar gestaltet wird. Wenn dies für die in Fig. 3a gezeigte Sternschaltung durchgeführt wird, dann wird eine Wicklungsanordnung entsprechend der Darstellung in Fig. 4a erzielt-In dieser Anordnung enthalten die Wicklungen jeder Phase ein Paar Wicklungen 3, 4 oder 5, 6 oder 7, 8 (bifilar gewickelt oder Spulenpaare) und zusätzlich eine bipolare Wicklung 9, 10 oder 11. In Fig. 4a werden die Strompfade für eine Phase durch die Pfeile i1 und i2 angegeben. Es ist ersichtlich, daß die Wicklung 9 einen bipolaren Stromfluß erfährt, während die Wicklungen 3 und 4 einen unipolaren Stromfluß erfahren. Wenn die Wicklung 9 01 Windungen hat und die Wicklungen 3 und 4 jeweils 011 und 012 Windungen haben, dann kann das Verhältnis 01:011 (012 = 011) von keine 011 oder 012 Windungen (wie es beim herkömmlichen Dreiphaseninduktionsmotor der Fall ist) bis keine 01 Windungen schwanken, wie es bei der unipolaren Motorform entsprechend der Darstellung in Fig. 3 der Fall ist. Je geringer die Anzahl von 012 und 011 Windungen (unter EinschlußThe copper losses in the windings can be reduced by making each winding partly bipolar and partly bipolar the other part is designed to be unipolar. If this is done for the star connection shown in Fig. 3a, then a winding arrangement as shown achieved in Fig. 4a-included in this arrangement the windings of each phase a pair of windings 3, 4 or 5, 6 or 7, 8 (bifilar wound or coil pairs) and additionally a bipolar winding 9, 10 or 11. In FIG. 4a, the current paths for one phase are through the arrows i1 and i2 indicated. It can be seen that the winding 9 experiences a bipolar current flow while the windings 3 and 4 experience a unipolar current flow. When the winding has 9 01 turns and the windings 3 and 4 each have 011 and 012 turns, then the ratio 01: 011 (012 = 011) can be no 011 or 012 turns (as in the conventional three-phase induction motor is the case) until no 01 turns fluctuate, as is the case with the unipolar motor shape the illustration in Fig. 3 is the case. The lower the number of 012 and 011 turns (including

. . ./16. . ./16

einer größeren AnzahL 01 Windungen für eine feste GesamtzahL Wi ndungen),desto geringer sind die Kupferverluste, um so geringer ist jedoch die Streuinduktanz, was für den FehLerschutz unerwünscht ist. Somit ist die optimaLe AnzahL Windungen für jede WickLung abhängig von einem Kompromiß aufgrund der foLgenden reLativen AnaLyse:a larger number of 01 turns for a fixed total number Turns), the lower the copper losses, but the lower the leakage inductance, which is undesirable for error protection. So the Optimal number of turns for each winding depending on a compromise based on the following relative analysis:

(i) Wenn keine 01 Windungen vorhanden sind, dann sind die Kupferver Lüste 2i R (wo i R den VerLust bei einem her komm Lichen bipoLaren Motor bezeichnet) und die Streuinduktanz ist ein Maximum, beispielsweise 1 je Einheit (p.u.).(i) If there are no 01 turns then the copper losses are 2i R (where i R is the loss at a coming Lichen bipolar motor) and the leakage inductance is a maximum, for example 1 per unit (p.u.).

(ii) Wenn das VerhäLtnis der Windungen 01/011 = 1 (01/012 = 1) ist, dann vermindern sich die Kupferver Lüste auf 1,5 i R, jedoch die ZwischenwickLungsstreuung (011 zu 012) fäLLt auf 0,25 p.u. (L⁰^ Windungen zum Quadrat).(ii) If the ratio of the turns 01/011 = 1 (01/012 = 1), the copper losses are reduced to 1.5 i R, but the interwinding spread (011 to 012) falls to 0.25 pu ( L ⁰ ^ turns to the square).

(iii) Wenn das VerhäLtnis der Windungen 01/011 = 2 ist, dannvermindern sich die KupferverLuste auf 1,33 i R und die ZwischenwickLungsstreuung fäLLt auf 0,111 p.u.(iii) If the ratio of turns 01/011 = 2, then the copper losses decrease 1.33 i R and the interwinding scatter falls to 0.111 p.u.

(iv) Im allgemeinen sind bei 01/011 = η die Kupferverluste (n + 2) / (η + 1) größer als die Verluste bei einem normalen Bipolarmotor, während die Streuinduktanz sich auf 1/(n + 1) vermindert, den Wert eines unipolaren Motors.(iv) In general, with 01/011 = η the copper losses (n + 2) / (η + 1) are greater than the losses with a normal bipolar motor, while the leakage inductance decreases to 1 / (n + 1), the value of a unipolar motor.

. . ./17. . ./17

- 17 - 36 Ί 6204- 17 - 36 Ί 6204

Der praktische Kompromiß Liegt zwischen einer Verminderung der Kupferver Lüste und dem Versuch zur Auf rechterhaLtung einer hohen Streuung für FehLerschutz.The practical compromise is between a decrease the copper desires and the attempt to maintain it a high spread for error protection.

Es ist auch vorteilhaft, den Durchmesser des Kupferdrahtes der bipoLaren und unipoLaren Abschnitte der WickLungen angemessen zu wähLen, um die Kupferbereichnutzung zu optimieren und eine gLeichmäßige WärmeabLeitung über den Statorsch L i t zque rschni tt si ehe rzuste L Len . Wenn die Drahtdurchmesser aLLer WickLungen 3, 4 und 9 gLeich wären, dann wäre zu erwarten, daß die WickLung 9 heißer würde, denn sie führt bei gLeichem Querschnittsbereich einen höheren Effektivstrom (r.m.s. current) (bipoLarer Strom im Gegensatz zu unipoLarem Strom im FaLLe der WickLungen 3 und 4). Daher beträgt, um die VerLuste je Einheit Statorschlitzbereich gleichmäßig zu gestalten, der Drahtdurchmesser jeder der Wicklungen 3 und 4 vorzugsweise 0,707 des Drahtdurchmessers der Wicklung 9, das ist die Hälfte des Bereichs und der zweifache Widerstand.It is also beneficial to measure the diameter of the copper wire Appropriate selection of the bipolar and unipolar sections of the windings in order to optimize the use of the copper area and uniform heat dissipation across the stator L i t zque rschni tt you rst L Len. When the wire diameter ALL windings 3, 4 and 9 were the same, then it would be expected that winding 9 would be hotter because it leads to The same cross-sectional area has a higher effective current (r.m.s. current) (bipolar current as opposed to unipolar current in the case of windings 3 and 4). Therefore amounts to To make the losses per unit stator slot area uniform, the wire diameter of each of the windings 3 and 4 preferably 0.707 the wire diameter of winding 9, that is half the range and twice that Resistance.

Fig. 4b zeigt eine Abwandlung der Dreieckform nach Fig. 3b, in welcher jede Phase zwei Wicklungspaare 3¹, 4¹, 3'¹, 4¹¹ oder 5', 6¹, 5", 6¹¹ oder 7¹, 8¹, 7¹', 8'¹ und eine mittlere bipoLare WickLung 9¹, 10" und 11' enthält. Schließlich zeigt Fig. 4c eine Abwandlung der AnordnungenFig. 4b shows a modification of the triangular shape according to Fig. 3b, in which each phase two pairs of windings 3 ¹ , 4 ¹ , 3 ' ¹ , 4 ¹¹ or 5', 6 ¹ , 5 ", 6 ¹¹ or 7 ¹ , 8 ¹ , 7 ¹ ', 8' ¹ and a middle bipolar winding 9 ¹ , 10 "and 11 '. Finally, FIG. 4c shows a modification of the arrangements

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nach den Figuren 3a und 3b, in welcher die WickLungen in einer Sterndreieckform geschattet sind, wobei der Dreieckabschnitt drei bipolare Wicklungen 12, 13 und Υ; enthält und der äußere Sternabschnitt drei unipolare j Wicklungspaare 3, 4, 5, 6 und 7, 8 enthält.according to Figures 3a and 3b, in which the windings are shaded in a star triangle shape, the Triangle section three bipolar windings 12, 13 and Υ; and the outer star segment contains three unipolar ones j contains winding pairs 3, 4, 5, 6 and 7, 8.

— Lee rseite —- Lee r side -

Claims

AnsprücheExpectations

1. Antriebsschaltkreis für einen Induktionsmotor mit einem Paar jeder Phase des Motors zugeordneter Wicklungen, wobei die Wicklungen jedes Paares gegenphasig verbunden sind und der Schaltkreis Zuführeinrichtungen zur Verbindung mit einer Gleichstromquelle enthält, sowie entsprechende Schalteinrichtungen, die jedem Wicklungspaar zur Zufuhr von Strom von der Quelle zu jeder Wicklung in nur einer Richtung zugeordnet sind, und Frequenzsteuereinrichtungen zum Schalten der Schalt· einrichtungen, um die Wicklungen jedes Wicklungspaares zu veranlassen. Strom abwechselnd und in entgegenge-1. Drive circuit for an induction motor with a pair of windings associated with each phase of the motor, the windings of each pair being connected in antiphase and the circuit being feeders for connection to a direct current source, as well as corresponding switching devices that each Pair of windings for supplying power from the source to it are assigned to each winding in only one direction, and frequency control devices for switching the switching Means around the windings of each winding pair to cause. Alternately and in opposite directions

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter beim Buropaischen PatentamtEuropean Patent Attorneys Admitted to the Office of the European Patent Office

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Dresdner Bank AG Hamburg, Nr. 933 60 35 (BLZ 2OO 8OO 0O)Dresdner Bank AG Hamburg, No. 933 60 35 (BLZ 2OO 8OO 0O)

setzten Richtungen bei einer Frequenz zu Leiten, die zur Veränderung der Drehzahl des Motors verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die jedem Wicklungspaar (3, 4; 5, 6; 7, 8) zugeordnete Schalteinrichtung einen BrückenschaLtkreis mit einem ersten Schaltelement (T3; T5; T7) enthält, das zwischen einer Zuführungsschiene der Zufuhreinrichtung und einem ersten Ende einer Wicklung (3; 5; 7) des WickLungspaares angeschlossen ist, sowie ein zweites Schaltelement (T4; T 6 ; T8), das zwischen der anderen Zuführungsschiene der Zufuhreinrichtung und einem ersten Ende der anderen Wicklung (4; 6; 8) des Wicklungspaares von derselben Polarität wie das erste Ende der genannten einen Wicklung angeschlossen ist, so daß nur zwei Schaltelemente jeder Phase des Motors zugeordnet sind.set directions at a frequency to conduct which are changed to change the speed of the motor can, characterized in that the switching device assigned to each pair of windings (3, 4; 5, 6; 7, 8) a bridge circuit with a first Switching element (T3; T5; T7) contains between a Feed rail of the feed device and a first End of a winding (3; 5; 7) of the winding pair is connected, as well as a second switching element (T4; T 6; T8), which is between the other feed rail of the feed device and a first end of the other winding (4; 6; 8) of the winding pair of the same polarity as the first end of said one winding is connected so that only two switching elements each Phase of the motor are assigned.

2. AntriebsschaItkreis nach Anspruch 1 zum Antrieb eines Dreiphasenmotors, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen insgesamt nur sechs Schaltelemente (T3-8) enthalten.2. AntriebschaItkreis according to claim 1 for driving a Three-phase motor, characterized in that the Switching devices a total of only six switching elements (T3-8) included.

3. AntriebsschaLtkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder BrückenschaLtkreis ferner eine erste Frei Laufdiode (DF3; DF5; DF7) enthält, die zwischen der anderen Zuführungsschiene und dem Verbindungspunkt des ersten SchaLte lements (T3; T5; T7) mit3. Drive circuit according to claim 1 or 2, characterized characterized in that each bridge circuit furthermore a first free-running diode (DF3; DF5; DF7) contains between the other feed rail and the connection point of the first switch element (T3; T5; T7) with

der genannten einen Wicklung (3; 5; 7) verbunden ist, sowie eine zweite Frei Laufdiode (DF4; DF6; DF8), die zwischen der genannten einen Zuführungsschiene und dem Verbindungspunkt des zweiten Scha L teLements CT4; T6; T8) mit der anderen Wicklung (4; 6; 8) verbunden ist, wodurch jede Frei laufdiode einen Pfad zum Freilauf des Motorstroms bildet, wenn das zugeordnete Schaltelement abgeschaltet ist.said one winding (3; 5; 7) is connected, and a second free-running diode (DF4; DF6; DF8), the between said one feed rail and the connection point of the second switch element CT4; T6; T8) connected to the other winding (4; 6; 8) is, giving each freewheeling diode a path to freewheel of the motor current forms when the associated switching element is switched off.

4. Induktionsmotor mit einem Antriebsschaltkreis nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen in Sternform verbunden sind, wobei das erste Ende einer Wicklung (3; 5; 7) jedes Wicklungspaares mit einem entsprechenden ersten Schaltelement (T3; T5; T7) verbunden ist und das erste Ende der anderen Wicklung (4; 6; 8) jedes Wicklungspaares mit einem entsprechenden zweiten Schaltelement (T4; T6; T8) verbunden ist und die zweiten Enden der Wicklungen aller Wicklungspaare mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden si nd.4. Induction motor with a drive circuit according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that the Windings are connected in a star shape, the first end of a winding (3; 5; 7) of each winding pair with a corresponding first switching element (T3; T5; T7) is connected and the first end of the other winding (4; 6; 8) of each pair of windings with a corresponding one second switching element (T4; T6; T8) is connected and the second ends of the windings of all winding pairs connected to a common connection point are.

5. Induktiosmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich zu den Wicklungen (3 - 8) zum Leiten des Stromes in nur einer Richtung weitere Wicklungen (9, 10, 11) zum Leiten des Stromes in beiden Richtungen enthält, wobei eine entsprechende weitere Wicklung (9,5. induction motor according to claim 4, characterized in that that it has additional windings in addition to the windings (3 - 8) for conducting the current in only one direction (9, 10, 11) for conducting the current in both directions, with a corresponding further winding (9,

...Ik... Ik

10, 11) zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt und den zweiten Enden der Wicklungen jedes Wicklungspaares angeschlossen ist.10, 11) between the common connection point and the second ends of the windings of each winding pair connected.

6. Induktionsmotor mit einem Antriebsschaltkreis nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen in einer Delta-Form verbunden sind, wobei das erste Ende einer Wicklung (3'; 5 '; 7¹) jedes Wicklungspaares mit einem entsprechenden ersten Schaltelement (T3; T5; T7) verbunden ist, das erste Ende der anderen Wicklung (4' ; 6'; 8¹) jedes Wicklungspaares mit einem entsprechenden zweiten Schaltelement (T4; T6; T8) verbunden ist und die zweiten Enden der Wicklungen jedes Wicklungspaares mit den ersten Enden der Wicklungen eines benachbarten Paares verbunden sind.6. induction motor with a drive circuit according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the windings are connected in a delta shape, the first end of a winding (3 ';5'; 7 ¹ ) of each pair of windings with a corresponding first Switching element (T3; T5; T7) is connected, the first end of the other winding (4 ';6'; 8 ¹ ) of each pair of windings is connected to a corresponding second switching element (T4; T6; T8) and the second ends of the windings each Winding pairs are connected to the first ends of the windings of an adjacent pair.

7. Induktionsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich zu den Wicklungen (3¹ - 8', 3¹¹ - 8¹¹) zum Leiten von Strom in nur einer Richtung weitere Wicklungen (9¹, 10¹, 11') zum Leiten von Strom in beiden Richtungen enthält, wobei erste und zweite Wicklungspaare (3¹ - 8¹, 3¹¹ - 8¹¹) zum Leiten von Strom in nur einer Richtung mit jeder Phase des Motors verbunden sind und die jeder Phase zugeordneten ersten und zweiten Wicklungspaare mittels einer entsprechenden weiteren Wicklung (9¹, 10', 11') in Reihenschaltung miteinander verbunden sind.7. Induction motor according to claim 6, characterized in that in addition to the windings (3 ¹ - 8 ', 3 ¹¹ - 8 ¹¹ ) for conducting current in only one direction, further windings (9 ¹ , 10 ¹ , 11') for Conducting current in both directions, with first and second pairs of windings (3 ¹ - 8 ¹ , 3 ¹¹ - 8 ¹¹ ) connected to each phase of the motor for conducting current in only one direction and the first and second pairs of windings associated with each phase are connected to one another in series by means of a corresponding further winding (9 ¹ , 10 ', 11').

...15... 15

8. Induktionsmotor mit einem AntriebsschaLtkreis nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich zu den Wicklungen (3 - 8) zum Leiten von Strom in nur einer Richtung weitere Wicklungen (12, 13, 14) zum Leiten von Strom in beiden Richtungen enthält, wobei die Wicklungen in einer Sterndreieckform verbunden sind, in welcher das erste Ende einer Wicklung (3; 5; 7) jedes Wicklungspaares mit einem entsprechenden ersten Schaltelement (T3; T5; T7) verbunden ist, das erste Ende der anderen Wicklung (4; 6; 8) jedes Wicklungspaares mit einem entsprechenden zweiten Schaltelement (T4; T6; T8) verbunden ist und die zweiten Enden der Wicklungen jedes Wicklungspaares miteinander und mittels einer entsprechenden weiteren Wicklung (12, 13, 14) mit den zweiten Enden der Wicklungen eines benachbarten Wicklungspaares verbunden sind.8. Induction motor with a drive circuit Claim 1, 2 or 3, characterized in that he In addition to the windings (3 - 8) for conducting electricity in only one direction, further windings (12, 13, 14) for conducting current in both directions, with the windings in a star triangle shape are connected, in which the first end of a winding (3; 5; 7) of each pair of windings with a corresponding first switching element (T3; T5; T7) connected is, the first end of the other winding (4; 6; 8) of each pair of windings with a corresponding one second switching element (T4; T6; T8) is connected and the second ends of the windings of each pair of windings with each other and by means of a corresponding further winding (12, 13, 14) with the second ends of the windings of an adjacent pair of windings are.