DE1290231B - Verfahren zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung eines Drehstrommotors - Google Patents

Description

• Aus Seite I199 der »VDE-Fachberichte« 1962 ist eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung eines Drehstrommotors bekannt, der über einen Stromrichter an eine Gleichspannungs= quelle angeschlossen ist. Der Stromrichter enthält eine Gegenparallelschaltung von zwei Drehstrombrückenschaltungen mit gesteuerten Hauptstromventilen und ungesteuerten Freilaufventilen. Er ist mit einer Einrichtung zur Stromkommutierung versehen und liefert dem Motor Spannungen veränderbarer Größe, veränderbarer Frequenz und umkehrbarer Drehfeldrichtung. Die Einrichtung zur Stromkommutierung besteht aus einer zwischen den beiden Polen der gesteuerten Brückenschaltung angeordneten Reihenschaltung von zwei in Flußrichtung der Hauptstromventile gepolten gesteuerten Kommutierungsventilen, deren Verbindungsleitung unter Zwischenschaltung eines Kommutierungskondensators an einen Mittelpunktsleiter der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Zur Kommutierungseinrichtung gehören ferner zwei in den Gleichstromleitungen zwischen den beiden Brückenschaltungen angeordnete Kommutierungsdrosseln, die über eine Reihenschaltung von zwei in Sperrichtung der Hauptstromventile gepolten Begrenzungsventilen verbunden sind. Die Verbindungsleitung der Begrenzungsventile ist an den Mittelpunktsleiter der Gleichspannungsquelle angeschlossen. Durch eine Gleichspannungsquelle mit veränderbarer Spannung, beispielsweise durch einen netzgeführten Stromrichter, kann die Motorspannung mittels der Spannung im Gleichstromzwischenkreis gesteuert werden.
• Es ist ferner bekannt, eine Gleichspannungsquelle mit mindestens annähernd konstanter Spannung zu wählen, beispielsweise eine Akkumulatorenbatterie oder eine Gleichrichteranordnung mit ungesteuerten Ventilen, und die Motorspannung durch Pulsbetrieb der Hauptstromventile zu steuern. Dabei wird die Frequenz der Impulse etwa linear mit der Frequenz der Ausgangswechselspannung verändert, oder der Mittelwert der Ausgangswechselspannung wird bei konstanter Tastfrequenz lediglich durch Änderung des Tastverhältnisses eingestellt (deutsche Auslegeschrift 1095 931). Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei dieser Art der Steuerung Unterschwingungen in der Ausgangswechselspannung entstehen können, die zu Rüttelkräften und einem unruhigen Lauf des angeschlossenen Motors führen. Es ist Aufgabe der Erfindung einen ruhigen Lauf des Motors durch Verhütung des Entstehens derartiger Rüttelkräfte zu erzielen.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung eines Drehstrommotors bei motorischem oder generatorischem Betrieb, der an eine Gleichspannungsquelle mit mindestens annähernd konstanter Spannung über einen Stromrichter angeschlossen ist. Der Stromrichter besteht aus einer Gegenparallelschaltung von zwei Drehstrombrückenschaltungen, von denen eine gesteuerte Hauptstromventile enthält. Er ist mit einer Einrichtung zur Zwangskommutierung der Ventilströme versehen und gibt Spannungen veränderbarer Größe, veränderbarer Frequenz und umkehrbarer Drehfeldrichtung ab oder nimmt solche Spannungen auf. Erfindungsgemäß werden bei einem derartigen Verfahren die Ventilströme in den gesteuerten Hauptstromventilen von dem in der zyklischen Zündfolge der Brückenschaltung gegebenen Zündzeitpunkt ab während einer Dauer bis zu 120° C elektrisch, bezogen auf die Grundschwingung -der Motorspannung, in Einzelimpulse unterteilt, deren Impulsfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Motorspannungsfrequenz beträgt. Die Gesamtdauer der Stromimpulse bestimmt die Größe der Motorspannung.
• Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen.
• F i g. 1 stellt ein Stromrichterantrieb schematisch dar, bei welchem das Verfahren nach der Erfindung angewendet werden kann; F i g. 2 veranschaulicht den Verlauf der Motorklemmenspannung gegen den Mittelpunktsleiter in einem Diagramm.
• Nach F i g. 1 ist ein Drehstrommotor 2 in bekannter Weise an einen Stromrichter 3 mit zwei Drehstrombrückenschaltungen in Gegenparallelschaltung angeschlossen, von denen eine gesteuerte Hauptstromventile 4 bis 9, beispielsweise Thyristoren, und die andere ungesteuerte Freilaufventile 10 bis 15 enthält. Haben Strom und Spannung das gleiche Vorzeichen, dann führen die Hauptstromventile 4 bis 9 den Strom, bei ungleichem Vorzeichen die Freilaufventile 10 bis 15. Als Spannungsquelle 30 ist eine Akkumulatorenbatterie mit einer Mittelanzapfung vorgesehen. Zur Zwangskommutierung der Ströme in den Motorwicklungen ist eine Kommutierungseinrichtung vorgesehen, die aus zwei Löschventilen 18 und 19, einem Löschkondensator 20, zwei aus je zwei Teilwicklungen bestehenden Kommutierungsdrosseln 16 und 17 sowie zwzi Begrenzungsventilen 41 und 42 besteht. Da eine annähernd konstante Gleichspannung zur Verfügung-steht, können als Begrenzungsventile 41, 42 ungesteuerte Ventile verwendet werden.
• Die Gleichspannung der Spannungsquelle 30 wird durch den Wechselrichter 3 :derart umgeformt, daß an den Klemmen U, V, W des Drehstrommotors 2 drei um 120° verschobene Wechselspannungen erscheinen, deren Frequenz die Drehzahl und deren Phasenfolge die Drehrichtung des Motors 2 bestimmen. Die Größe der Klemmenspannung des Motors wird durch die Summe der Stromführungszeiten der Hauptstromventile 4 bis 9 bestimmt.
• Zur Erläuterung des Stromverlaufs in den Haupt-und Freilaufventilen des Wechselrichters 3 dienen F i g. 2 a bis 2 c, in denen der Verlauf der Spannungen zwischen den Motprklemmen U, V, W und dem Mittelpunkt Mp und die zugehörigen Ströme iu, i," 1w schematisch veranschaulicht sind. Nach F i g. 2 a hat zur Zeit to die Motorklemme U positives Potential. Der Strom fu ist negativ und wird vom Ventil 10 geführt. Das Ventil 4 erhält einen Zündimpuls und übernimmt den Strom iu zur Zeit t1. Zur Zeit t. wird nach F i g. 2 b -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 F i g. 2 c während dieser Zeiten negatives Potential. Ihr Strom iw fließt über das Ventil 15. In der Folgezeit steigen die Ströme in den Motorklemmen U und V dem Betrag nach an, der Strom in der Klemme W wird kleiner. Zur Zeit t3 wird das Kommutierungsventil 18 gezündet, und das Hauptstromventil 4 erlischt. Der Strom 1u kommutiert auf das Ventil 13, und das Potential der Klemme U wird negativ. Zur Zeit t4 wird das Hauptventil 4 wieder gezündet und übernimmt den Strom i". Zur Zeit t, wird das Kommutierungsventil 19 gezündet, das Ventil $ erlischt, und der Strom i,, kommutiert auf das Blindstromventil 11, bis zur Zeit t. das Ventil 8 wieder gezündet wird. Bis t7 führt das Hauptventil4 Stromimpulse, und dementsprechend steigt der Maschinenstrom in der Phase U an. Zur Zeit t8 erhält das Ventil 5 einen Zündimpuls und übernimmt nach F i g. 2 b zur Zeit t9 den Strom i,, vom Ventil 11. Der Verlauf des Stromes i" von t9 bis tlo in den Ventilen 5 und 14 und des Stromes i", von t11 bis t12 in den Ventilen 6 und 15 ist entsprechend dem Strom i" von t1 bis t8. Das Verhältnis der stromlosen Pause der Hauptventile, beispielsweise von t3 bis t4, zur Impulsbreite, beispielsweise von t. bis t3, bestimmt die Größe der mittleren Klemmenspannung. Da es sich bei der Speisung eines Drehstrommotors immer um eine gemischte ohmisch-induktive Belastung handelt, bleibt die Stromänderung in den spannungsnegativen Pausen zwischen den Hauptventilimpulsen klein, wenn die Länge der Pausen klein ist gegen die elektrische Zeitkonstante des Motors.
• Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß das Verhältnis der Impulsfrequenz fi der Stromimpulse zur Motorspannungsfrequenz f. nach folgender Bedingung gewählt wird: fi = 3 - (2n -h 1) f m (n = 1, 2, 3 usw.) Mit einer derartigen Abstimmung der Motorspannungs- und der Impulsfrequenz der Stromimpulse können Schwebungen vermieden werden, und man erhält symmetrische Spannungen an den Motorwicklungen. Niedrige Motorspannungsfrequenzen bei herabgesetzter Spannung ergeben entsprechend verminderte Impulsfrequenzen der Stromimpulse, die eine Erhöhung des Oberschwingungsgehaltes zur Folge haben. Die Zahl n wird deshalb vorteilhaft während des Steuervorganges verändert, damit eine zu große Verminderung der Impulsfrequenz der Stromimpulse vermieden wird. Bei kleinen Motorspannungsfrequenzen von beispielsweise weniger als 2 Hz kann die Impulsfrequenz der Stromimpulse konstant bleiben.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung eines Drehstrommotors bei motorischem oder bei generatorischem Betrieb, der an eine Gleichspannungsquelle mit mindestens annähernd konstanter Spannung über einen Stromrichter angeschlossen ist, der aus einer Gegenparallelschaltung von zwei Drehstrombrückenschaltungen besteht, von denen eine gesteuerte Hauptstromventile enthält, und der mit einer Einrichtung zur Zwangskommutierung der Ventilströme versehen ist und Spannungen veränderbarer Größe, veränderbarer Frequenz und umkehrbarer Drehfeldrichtung abgibt oder aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilströme in den gesteuerten Hauptstromventilen von dem in der zyklischen Zündfolge der Brückenschaltung gegebenen Zündzeitpunkt ab während einer Dauer bis zu 120° elektrisch, bezogen auf die Grundschwingung der Motorspannung, in Einzelimpulse unterteilt werden, deren Impulsfrequenz (1i) ein ganzzahliges Vielfaches der Motorspannungsfrequenz (f.) beträgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Impulsfrequenz (fi) der Stromimpulse zur Motorspannungsfrequenz (f.) nach der Bedingung fi = 3 - (2 n + 1) 1m gewählt wird, wobei n eine ganze Zahl ist.