Verfahren zum Betrieb einer Anordnung zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung einer Drehstrommaschine Aus dem Schweizer Patent Nr. 401<B>218</B> ist eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl und Dreh richtung einer an eine Gleichspannungsquelle ange schlossenen Drehstrommaschine mit einem Strom richter bekannt, der aus einer Gegenparallelschaltung von zwei Drehstrombrückenschaltungen besteht, von denen eine gesteuerte Hauptstromventile enthält.
Der Stromrichter ist mit einer Einrichtung zur Stromkom- mutierung versehen und liefert der Maschine Span nungen vorzugsweise veränderbarer Grösse, verän derbarer Frequenz und umkehrbarer Drehfeldrich- tung. Die Einrichtung zur Stromkommutierung be steht aus einer zwischen den beiden Polen der ge steuerten Brückenschaltung angeordneten Reihen schaltung von zwei in Flussrichtung der Hauptstrom ventile gepolten gesteuerten Kommutierungsventilen,
deren Verbindungsleitung unter Zwischenschaltung eines Kommutierungskondensators an einen Mittel punktsleiter der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Zur Kommutierungseinrichtung gehören ferner zwei in den Gleichstromleitungen zwischen den bei den Brückenschaltungen angeordnete Kommutie- rungsdrosseln, die über eine Reihenschaltung von zwei in Sperrichtung der Hauptstromventile gepolten Begrenzungsventilen verbunden sind. Die Verbin dungsleitung der Begrenzungsventile ist an den Mit telpunktsleiter der Gleichspannungsquelle angeschlos sen.
Ist eine Gleichspannungsquelle mit veränderba rer Spannung vorgesehen, beispielsweise ein netzge führter Stromrichter, so kann die Spannung an der Maschine über die Spannung im Gleichstromzwi- schenkreis gesteuert werden.
Ist eine Spannungsquelle mit mindestens annä hernd konstanter Spannung vorgesehen, beispielswei se eine Akkumulatorenbatterie oder eine Gleichrich- teranordnung mit ungesteuerten Ventilen, so kann die Maschinenspannung durch Zündeinsatzsteuerung der Hauptstromventile gesteuert werden. Diese Art der Steuerung ergibt aber bei grösseren Drehzahlberei chen von beispielsweise mehr als 30 /o der Nenn drehzahl einen verhältnismässig grossen Oberschwin- gungsgehalt der Maschinenspannung.
Die Kupfer- und Eisenverluste der Maschinen können somit bei niedrigen Drehzahlen unzulässig hoch werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anordnung zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung einer Drehstrommaschine. Sie ver meidet den genannten Nachteil dadurch, dass erfin- dungsgemäss die Ströme in den gesteuerten Haupt stromventilen von dem in der zyklischen Zündfolge der Brückenschaltung gegebenen Zündzeitpunkt ab während einer Dauer bis zu 120 0 elektrisch bezogen auf die Grundschwingung der Maschinenspannung in Einzelimpulse unterteilt werden.
Die Hauptstromven- tile werden zweckmässig während ihrer normalen Brenndauer, die bei maximaler Wechselspannung an nähernd 120 0 elektrisch beträgt, mehrere Male ge löscht und wieder gezündet. Die Gesamtdauer der Stromimpulse bestimmt dann die Grösse der Maschi nenspannung.
Zur näheren Erläuterung eines Ausführungsbei spiels der Erfindung soll auf die Zeichnung Bezug ge nommen werden.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der An ordnung. In Fig. 2 ist der Verlauf der Spannung der Maschi nenklemmen gegen den Mittelpunktsleiter in einem Diagramm veranschaulicht.
Nach Fig. 1 ist eine Drehstrommaschine 2 an einen fremgeführten Stromrichter 3 mit zwei Ventil systemen in Gegenparallelschaltung angeschlossen, von denen eine Schaltung gesteuerte Hauptstromven- tile 4 bis 9, beispielsweise Siliziumstromtore, und die andere Schaltung ungesteuerte Ventile 10 bis 15, beispielsweise Silizium-Gleichrichter, enthält. Ha ben Strom und Spannung das gleiche Vorzeichen, dann führen die Hauptstromventile 4 bis 9 den Strom, bei ungleichen Vorzeichen die Blindstrom ventile 10 bis 15.
Als Spannungsquelle 30 ist eine Akkumulatorenbatterie mit einer Mittelanzapfung vorgesehen. Zur Zwangskommutierung der Ströme in den Motorwicklungen ist eine Kommutierungs- einrichtung vorgesehen, die aus zwei Löschventilen 18 und 19, einem Löschkondensator 20, zwei aus je zwei Teilwicklungen bestehenden Kommutierungs- drosseln 16 und 17 sowie zwei Begrenzungsventilen 41 und 42 besteht.
Da eine annähernd konstante Gleichspannung zur Verfügung steht, können als Be grenzungsventile 41, 42 ungesteuerte Ventile verwen det werden.
Die Gleichspannung der Spannungsquelle 30 wird durch den Stromrichter 3 zerhackt, derart, dass an den Eingangsklemmen U, V und W der Drehstrom maschine 2 drei um 120 o verschobene Wechselspan nungen erscheinen, deren Frequenz die Drehzahl und deren Phasenfolge die Drehrichtung der Maschine 3 bestimmen. Die Grösse der Klemmenspannung der Maschine wird durch die Summe der Stromführungs- zeiten der Hauptstromventile 4 bis 9 bestimmt.
Zur Erläuterung des Stromverlaufs in den Haupt- und Blindstromventilen des Stromrichters 3 sollen die Figuren 2a bis 2c betrachtet werden, in denen der Verlauf der Spannungen der Maschinenklemmen U, V, W gegen den Mittelpunkt Mp und die entspre chenden Ströme iu, io, i, schematisch veran- schaulicht sind. Nach Fig. 2a hat zur Zeit to die Ma schinenklemme U positives Potential.
Der Strom iu ist negativ und wird vom Ventil 10 geführt. Das Ven til 4 erhält einen Zündimpuls und übernimmt den Strom iu zur Zeit ti. Zur Zeit t2 wird nach Fig. 2b das Potential der Klemme V gerade negativ und das Hauptventil 8 übernimmt den negativen Strom i, von dem Blindstromventil 11.
Die Klemme W hat nach Fig. 2c negatives Potential. Ihr Strom i, fliesst über das Ventil 15. In der Folgezeit steigen die Ströme in den Maschinenklemmen U und V dem Be trage nach an, der Strom der Klemme W wird klei ner. Zur Zeit t3 wird das Kommutierungsventil 18 gezündet und das Hauptstromventil 4 erlischt. Der Strom i" kommutiert auf das Ventil 13 und das Po tential der Klemme U wird negativ.
Zur Zeit t.4 wird das Hauptventil 4 wieder gezündet und übernimmt den Strom iu. Zur Zeit t5 wird das Kommutie- rungsventil 19 gezündet, das Ventil 8 erlischt und der Strom i,
kommutiert auf das Blindstromventil 11 bis zur Zeit t6 das Ventil 8 wieder gezündet wird. Bis t7 führt das Hauptventil 4 Stromimpulse und dementsprechend steigt der Maschinenstrom in der Phase U an. Zur Zeit ts erhält das Ventil 5 einen Zündimpuls und übernimmt nach Fig. 2b zur Zeit to den Strom i, vom Ventil 11.
Der Verlauf des Stro- mes i, von to bis tio in den Ventilen 5 und 14 und des Stromes i, von tii bis t12 in den Ventilen 6 und 15 ist entsprechend dem Strom i" von ti bis ts. Das Verhältnis der stromlosen Pause, beispiels weise von t3 bis t4 zur Impulsbreite, beispielsweise von to bis t:3 , bestimmt die Grösse der Maschinen spannung.
Da es sich bei der Speisung einer Dreh strommaschine immer um eine gemischte ohmisch- induktive Belastung handelt, bleibt die Stromänderung in den spannungslosen Pausen zwischen den Impulsen klein, wenn die Länge der Pausen klein ist gegen die elektrischen Zeitkonstante der Maschine.
Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass das Verhältnis der Frequenz fi der Stromimpulse zur Frequenz f", der Maschinenspannung nach folgender Bedingung ge wählt wird: fi = 3 . (2n -I- 1) f@" (n = 1, 2, 3 usw.) Mit einer derartigen Abstimmung von Maschinen und Impulsfrequenz können Schwebungen vermieden werden und man erhält symmetrische Spannungen an den Wicklungen der Maschine.
Niedrige Maschinenfrequenzen bei herabgesetz ter Spannung ergeben entsprechend verminderte Im pulsfrequenzen, die eine Erhöhung des Oberschwin- gungsgehaltes zur Folge haben. Die Zahl n kann des halb vorteilhaft während des Steuervorganges ver ändert werden, damit einer zu grosse Verminderung der Impulsfrequenz vermieden wird. Bei kleinen Ma schinenfrequenzen von beispielsweise weniger als 2 Hz kann die Impulsfrequenz konstant bleiben.
Method for operating an arrangement for controlling the speed and direction of rotation of a three-phase machine An arrangement for controlling the speed and direction of rotation of a three-phase machine with a converter connected to a DC voltage source is known from Swiss Patent No. 401 218 , which consists of a counter-parallel connection of two three-phase bridge circuits, one of which contains controlled main flow valves.
The converter is provided with a device for current commutation and supplies the machine with voltages, preferably of variable size, variable frequency and reversible direction of the rotating field. The device for current commutation consists of a series circuit of two controlled commutation valves that are polarized in the direction of flow of the main flow valves, arranged between the two poles of the controlled bridge circuit.
whose connecting line is connected to a central point conductor of the DC voltage source with the interposition of a commutation capacitor. The commutation device also includes two commutation chokes arranged in the direct current lines between the bridge circuits, which are connected via a series connection of two limiting valves polarized in the blocking direction of the main flow valves. The connec tion line of the relief valves is ruled out to the central point conductor of the DC voltage source.
If a direct voltage source with a variable voltage is provided, for example a mains-operated converter, the voltage at the machine can be controlled via the voltage in the direct current intermediate circuit.
If a voltage source with at least approximately constant voltage is provided, for example an accumulator battery or a rectifier arrangement with uncontrolled valves, the machine voltage can be controlled by ignition control of the main flow valves. However, this type of control results in a relatively large harmonic content of the machine voltage for larger speed ranges of, for example, more than 30 / o of the nominal speed.
The copper and iron losses of the machines can therefore become unacceptably high at low speeds.
The invention relates to a method for operating such an arrangement for controlling the speed and direction of rotation of a three-phase machine. It avoids the disadvantage mentioned by the fact that, according to the invention, the currents in the controlled main current valves are divided into individual pulses for a period of up to 120 ° electrically based on the fundamental oscillation of the machine voltage from the ignition point given in the cyclic ignition sequence of the bridge circuit.
The main flow valves are expediently extinguished and re-ignited several times during their normal burning time, which at maximum alternating voltage is approximately 120 ° electrical. The total duration of the current pulses then determines the magnitude of the machine voltage.
For a more detailed explanation of an Ausführungsbei, game of the invention, reference should be made to the drawing.
Fig. 1 shows a schematic representation of the arrangement to. In Fig. 2, the course of the voltage of the Maschi nenklemmen against the neutral conductor is illustrated in a diagram.
According to Fig. 1, a three-phase machine 2 is connected to an external converter 3 with two valve systems in opposite parallel connection, one circuit of which is controlled main flow valves 4 to 9, for example silicon flow gates, and the other circuit is uncontrolled valves 10 to 15, for example silicon rectifiers , contains. If the current and voltage have the same sign, the main flow valves 4 to 9 carry the current, if the signs are not the same, the reactive current valves 10 to 15.
A storage battery with a center tap is provided as the voltage source 30. For the forced commutation of the currents in the motor windings, a commutation device is provided which consists of two quenching valves 18 and 19, a quenching capacitor 20, two commutation chokes 16 and 17 each consisting of two partial windings, and two limiting valves 41 and 42.
Since an approximately constant DC voltage is available, limit valves 41, 42 uncontrolled valves can be used as Be.
The DC voltage of the voltage source 30 is chopped up by the converter 3 in such a way that three AC voltages, shifted by 120 o appear at the input terminals U, V and W of the three-phase machine 2, the frequency of which determines the speed and the phase sequence of which determines the direction of rotation of the machine 3. The size of the terminal voltage of the machine is determined by the sum of the current conduction times of the main flow valves 4 to 9.
To explain the course of the current in the main and reactive current valves of the converter 3, the figures 2a to 2c should be considered, in which the course of the voltages of the machine terminals U, V, W towards the center Mp and the corresponding currents iu, io, i, are illustrated schematically. According to Fig. 2a, the machine terminal U has at the time to positive potential.
The current iu is negative and is carried by the valve 10. The valve 4 receives an ignition pulse and takes over the current iu at time ti. At time t2, according to FIG. 2b, the potential of the terminal V just becomes negative and the main valve 8 takes over the negative current i from the reactive current valve 11.
The terminal W has a negative potential according to FIG. 2c. Its current i flows through valve 15. In the following period, the currents in the machine terminals U and V increase according to the amount, the current in terminal W becomes smaller. At time t3 the commutation valve 18 is ignited and the main flow valve 4 goes out. The current i "commutates to the valve 13 and the potential of the terminal U becomes negative.
At time t.4 the main valve 4 is ignited again and takes over the current iu. At time t5, the commutation valve 19 is ignited, the valve 8 goes out and the current i,
commutates to the reactive current valve 11 until the valve 8 is ignited again at time t6. The main valve carries 4 current pulses up to t7 and the machine current in phase U increases accordingly. At time ts, valve 5 receives an ignition pulse and, according to FIG. 2b, takes over current i, from valve 11 at time to.
The course of the current i, from to to tio in the valves 5 and 14 and of the current i, from tii to t12 in the valves 6 and 15 is corresponding to the current i "from ti to ts. The ratio of the currentless pause, for example from t3 to t4 to the pulse width, for example from to to t: 3, determines the magnitude of the machine voltage.
Since the supply of a three-phase machine is always a mixed ohmic-inductive load, the change in current in the voltage-free pauses between the pulses remains small if the length of the pauses is small compared to the electrical time constant of the machine.
A particularly advantageous further embodiment of the method consists in that the ratio of the frequency fi of the current pulses to the frequency f ", the machine voltage, is selected according to the following condition: fi = 3. (2n -I- 1) f @" (n = 1 , 2, 3 etc.) With such a coordination of the machine and pulse frequency, beats can be avoided and symmetrical voltages are obtained on the windings of the machine.
Low machine frequencies with reduced voltage result in correspondingly reduced pulse frequencies, which lead to an increase in the harmonic content. The number n can therefore advantageously be changed during the control process, so that too great a reduction in the pulse frequency is avoided. With small machine frequencies of less than 2 Hz, for example, the pulse frequency can remain constant.