DE973170C

DE973170C - Verfahren zur Stromkommutierung bei Stillstand und niedrigen Drehzahlen von Stromrichtermaschinen

Info

Publication number: DE973170C
Application number: DES8174D
Authority: DE
Inventors: Erwin Dr-Ing Kuebler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1941-11-21
Filing date: 1941-11-21
Publication date: 1959-12-17

Description

Verfahren zur Stromkommutierung bei Stillstand und niedrigen Drehzahlen von Stromrichtermaschinen Aus dem Schrifttum ist die Möglichkeit der Verwendung gittergesteuerter Stromrichter zur Drehzahlregelung kommutatorloser Maschinen bekannt. Diese Stromrichtermaschinen bestehen nach Bauart von Synchronmaschinen aus einem feststehenden Anker mit einer mehrphasigen Drehfeldwicklung und einem umlaufenden Polrad mit einer Gleichstromwicklung. Der Anschluß einer solchen Maschine an ein Dreh- oder Wechselstromnetz erfolgt im einfachsten Fall über eine Stromrichteranlage, bestehend aus Gleichrichter und Wechselrichter mit ausgeprägtem Gleichstromzwischenkreis nach Fig. I. Im Falle des Motorbetriebes arbeitet Stromrichter SI offenbar als Gleichrichter und S2 als Wechselrichter. Die Steuerung des Stromrichters S2 wird irgendwie, beispielsweise über eine mit der Maschinenwelle gekuppelte Verteilerscheibe abhängig von der Maschinenfrequenz bzw. Drehzahl beeinflußt. Hierdurch sind Maschinenfrequenz und Drehzahl von der Netzfrequenz losgelöst.
Diese Schaltung hat jedoch den Mangel, daß bei Stillstand und niedrigen Drehzahlen, bei denen noch keine bzw. nur eine niedrige Drehstromspannung in der Ankerwicklung vorhanden ist, ein einwandfreier Betrieb des Stromrichters S2 und damit ein Anlauf unter Last nicht möglich ist. Dies soll an Hand von Fig. i am Beispiel des Motorbetriebes näher erläutert werden.
Bei Stillstand des Motors M ist durch die in Fig. i nicht näher bezeichnete Verteilerscheibe über die Gittersteuerung nur eine der drei Entladungsstrecken I bis 3 des Stromrichters S2, beispielsweise die Strecke 2 für den Stromdurchgang freigegeben, während die übrigen gesperrt sind. Bei Anlegen einer Gleichspannung Ug zwischen den Klemmen A und B des Stromrichters S2 in der Durchlaßrichtung von A nach B mit Hilfe des z. B. über einen Haupttransformator HT an ein Drehstromnetz angeschlossenen gittergesteuerten Gleichrichters SI wird somit die Ankerphase 2 des Motors M mit Gleichstrom gespeist. A und B können auch die Pole eines sonst vorhandenen Gleichstromnetzes sein. Im Zusammenwirken der Ankerdurchflutung mit der Erregerdurchflutung entsteht ein Drehmoment, und das Polrad wird sich ein Stückchen drehen, sofern das. elektromagnetisch ausgeübte Moment größer als das Lastmoment ist. Bei dieser Drehbewegung wird bald der Augenblick kommen, in dem durch die Verteilerscheibe die Entladungsstrecke 3 freigegeben und das Gitter der Strecke 3 mit Sperrbeaufschlagung versehen wird. Die Gittersperrung der Entladungsstrecke 2 kann jedoch nicht wirksam werden, solange sie noch Strom führt. Der Erfolg der Freigabe der Entladungsstrecke 3 wird somit nur der sein, daß unter dem Einfluß der Gleichspannung Ug nun außer der Ankerphase 2 günstigstenfalls auch noch die Ankerphase 3 mit Gleichstrom beschickt wird. Der Strom wird jedoch nicht von Entladungsstrecke :2 auf 3 kommutieren, da die beiden Anoden- und Kathodenpotentiale gleich sind und somit eine kommutierende Spannung in dem von den Ankerphasen 2 und 3 über die Lichtbogen und den Sternpunkt gebildeten elektrischen Kreis nicht vorhanden ist. Durch die Gleichstromspeisung auch der Ankerphase 3 neben der Ankerphase 2 wird das Drehmoment bereits verkleinert. Sollte durch den ersten Drehimpuls des Motors auch noch die Entladungsstrecke i freigegeben werden, so wird auch noch gegebenenfalls die Ankerphase I in den Gleichstromkreis eingeschaltet. Das Drehmoment verschwindet dann ganz, und außerdem ist die Steuerfähigkeit des Stromrichters S2 zunichte gemacht, da sämtliche Entladungsstrecken gleichzeitig Strom führen.
Es ist bekannt, eine einwandfreie Stromkommutierung dadurch sicherzustellen, daß man zwischen die Ankerwicklung und die Stromrichterventile die Sekundärwicklungen eines Hilfsumspanners einschaltet, in denen Hilfsspannungen beliebiger Frequenz induziert werden. In der bekannten Anordnung wird die Kommutierung mit Hilfe eines überlagerten Wechselstromes bewirkt, für welchen ein besonderer Stromkreis erforderlich ist. Dadurch wird die Schaltung der Maschine sehr umständlich und ihre Bauleistung unerwünscht groß. Außerdem muß die Fremdkommutierung während des ganzen Betriebes, also insbesondere auch bei höheren Drehzahlen bis zur Nenndrehzahl, dauernd mitgeschleppt werden.
Demgegenüber beruht die Erfindung auf dem Gedanken, die Nachteile der bekannten Anordnung dadurch zu vermeiden, daß die Fremdkommutierung nur dann benutzt wird, wenn sie notwendig ist, nämlich bei Anlauf aus dem Stillstand und in einem anschließenden, verhältnismäßig kleinen Drehzahlbereich. Erfindungsgemäß wird nach Überschreitung einer gewissen unteren Drehzahlgrenze des Motors, oberhalb deren die Stromkommutierung von der Drehstromspannung der Ankerwicklung bewerkstelligt werden kann, der Kommutierungs-Hilfstransformator vom Netz abgeschaltet und kurzgeschlossen. Ein besonderer Stromkreis für die Kommutierung kann hierbei erspart werden, da der Strom ganz normal wie bei anderen Stromrichtern kommutiert wird.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. 2 bis 4 näher erläutert.
Nach Fig. 2 sind in die Zuleitungen zum Motor in Reihe mit den Ankerphasen die Sekundärwicklungen eines mehrphasigen oder mehrerer einphasigen Hilfsumspanner KT eingeschaltet, deren Spannungen gegeneinander phasenverschoben und von beliebiger Frequenz, zweckmäßig selbstverständlich von Netzfrequenz sind und von solchem Betrag, daß die Stromübergabe auf das freigegebene Ventil sicher erfolgt. Hierdurch werden, auch bei Stillstand des Motors, bei dem in der Ankerwicklung noch keine Drehstromspannung vorhanden ist, die Anodenpotentiale des Stromrichters S2 periodisch gegeneinander schwanken. Wie bei jedem anderen Stromrichterbetrieb mit gemeinsamer Kathode wird nunmehr bei Freigabe der Entladungsstrecke 3 und negativer Gitterbeaufschlagung der Strecke 2 der Strom jetzt auf die Phase 3 übergehen können, solange das Anodenpotential der Strecke 3 höher ist als das Anodenpotential der Strecke 2. Für die Stromübergabe steht auf Grund von Fig. 3, welche den Verlauf der Hilfsspannungen UK1, UK2, UK3 in Abhängigkeit vom Zeitwinkel cKt zeigt, im theoretischen Grenzfall die Dauer einer Halbperiode, praktisch jedoch nur etwa cotKmax -' = I5o° elektrisch der Hilfswechselspannung zur Verfügung. Ist der Strom in der Phase 2 auf diese Weise einmal zu Null geworden, so wird anschließend die Gittersperrung voll wirksam, und die Entladungsstrecke 2 ist damit für den weiteren Stromdurchgang gesperrt. Für den Stromdurchgang steht dann nur die freigegebene Entladungsstrecke 3 zur Verfügung.
Dieses Verfahren zur Sicherstellung der Kommutierung bei Anlauf und Steuerung von Stromrichtermotoren ist nicht nur auf Anlagen mit Gittersteuerung beschränkt, sondern kann mit Erfolg bei jeder anderen Steuerungsart von Stromrichtern für den Betrieb von Stromrichtermotoren verwendet werden.
Bei der üblichen Schaltung von Stromrichtermotoren, wie sie von Kern in den Brown-Boveri-Mitteilungen, 1934, S. 214, bzw. in der ETZ, 1938, S. 47o, angegeben wurde, wird die Kommutierung beim Anlauf und Umsteuern durch Anordnung einer Kombination von sechs Einphasenstromrichtern mit verstecktem Gleichstromzwischenkreis sichergestellt. Diese Schaltung macht jedoch im Hauptstromkreis einen komplizierten Stromrichterhauptumspanner und eine mehrphasige Saugdrosselspule erforderlich. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Kommutierung von Stromrichtermotoren ist demgegenüber der, daß nunmehr der Stromrichterhauptumspanner und die Saugdrosselspule entfallen können und ein unmittelbarer Anschluß der Stromrichteranlage in Brückenschaltung nach Fig. 4 sowohl an das Hochspannungsnetz als auch an die Stromrichtermaschine möglich ist. Die Zahl der Entladungsstrecken ist bei beiden Ausführungsarten dieselbe.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zum Betriebe von Stromrichtermaschinen, welche über eine gesteuerte Stromrichteranlage, bestehend aus Gleichrichter und Wechselrichter mit Gleichstromzwischenkreis, an ein Wechselstromnetz oder über einen gesteuerten Stromrichter an ein Gleichstromnetz angeschlossen sind und bei denen die an die Ankerwicklung angeschlossenen Stromventile abhängig von der Stellung des Polsystems zur Ankerwicklung für die Stromführung bzw. Stromsperrung vorbereitet werden, und wobei zur Stromkommutierung bei Stillstand und niedrigen Drehzahlen in die Motorzuleitungen in Reihe mit der Ankerwicklung Hilfsumspannersekundärwicklungen eingeschaltet werden, in denen Spannungen beliebiger Frequenz induziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach Überschreitung einer gewissen unteren Drehzahlgrenze des Motors, oberhalb deren die Stromkommutierung von der Drehstromspannung der Ankerwicklung bewerkstelligt werden kann, der Kommutierungs-Hilfstransformator vom Netz abgeschaltet und kurzgeschlossen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 642628; schweizerische Patentschrift Nr. 143 483; französische Patentschrift Nr. 530463; Arnold, Die Wechselstromtechnik, II. Band, Die Transformatoren, 2. Auflage, igio, S. 4o4 bis 407; T h o m ä 1 e n , Kurzes Lehrbuch der Elektrotechnik, g. Auflage, 1922, S.243.