DE2003639A1

DE2003639A1 - Stromrichter-Induktionsmaschine

Info

Publication number: DE2003639A1
Application number: DE19702003639
Authority: DE
Inventors: Franz Prof Dr Unger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-01-28
Filing date: 1970-01-28
Publication date: 1971-08-05

Description

Stromrichter-Induktionsmaschine Die Erfindung betrifft eine Stromrichter-Induktionsmaschine mit einer Ankerwicklung, deren Wicklungsanschlüsse über gesteuerte Ventile eines Stromrichterx mit einem Gleichstromzwischenkreis verbunden sind, der an eine Gleichstrnmquelle oder über einen Gleichrichter an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist und Verfahren zum Betrieb der Stromrichter-Induktionsmaschine.
Stromrichtermaschinen, die über einen Stromrichter mit einem geglätteten Glhstromzwischenkreis verbunden sind, sind bekannt. Es sind die Vicklungsanschlüsse des Ankers der Stromrichtermaschine über zyklisch fortschreitend gesteuerte, stromzuführende und stromableitende Ventile eines zweckmäßig in Brückenschaltung ausgeführten Stromrichters mit zwei vom Gleichstromzwischenkreis zu den beiden Leitungsschienen des Stromrichters führenden Hauptleitern verbunden. Der Anker kann mit einer mehrphasigen Stern-, Polygon- oder Gleichstromankerwicklung gewickelt sein. Der Gleichstromzwischenkreis kann an ein Gleichstromnetz oder auch an ein ein- oder mehrphasiges Wechselstromnetz über einen Gleich- und eventuell einen Wechselrichter angeschlossen sein. Die Stromrichterventile können einzeln gezündert, müssen aber über eine einzige Löscheinrichtung gelöscht werden, wodurch in der Ankerwicklung Ströme fließen können, die ein magnetisches Drehfeld erregen, das im Zusammenwirken mit den in der Läuferwicklung induzierten Strömen ein Drehmoment hervorruft. Eine selbsttätige Ablösung der einzelnen Stromrichterventile ist nur möglich, wenn jedes einzelne Ventil eine besondere Kommutierungseinrichtung erhält, was sehr kostspielig ist. Es besteht die Aufgabe, diesen Nachteil zu überwinden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem der beiden Hauptleiter, die den Gleichstromzwischenkreis mit dem Stromrichter verbinden, ein gesteuertes Hauptventil angeordnet ist, das im Takt mit der Zündfrequenz des Stromrichters zündbar und mittels einer Kommutierungseinrichtung löschbar ist, wobei die Zündfrequenz des Stromrichters mit einer Steuereinrichtung einstellbar ist. Die Steuerung dieser Anordnung geschieht durch kurze Steuerstromstöße einer hier nicht dargestellten für stellbare Frequenz eingerichteten Steuerungseinrichtung gegen das Hauptventil und gleichzeitig in rhytmischer Reihenfolge gegen wenigstens ein stromführendes und dagegen räumlich versetzt gegen wenigstens ein stromableitendes Stromrichterventil. Der das Hauptventil durchströmende Arbeitastrom wird nach jeder Zündung mittels einer zwischen die beiden Hauptieiter geschalteten,aus Ladeventil, Ladedrossel und Löschkondensator bestehenden Ladeeinrichtung und einem von der Steuerungseinrichtung gesteuerten gegen die Kathode des Hauptventils gerichteten Löschventil gelöscht.
Durch diese Löschung des Arbeitsstromes werden auch alle Stromrichterventile stromlos und erhalten damit ihre Sperrfähigkeit zurück, bis beim nächsten Spannungsstoß der Steuerung die zyklisch folgenden Ventile gezündert werden. Während also das Hauptventil nach jedem Steuerstoß gezündet und kommutiert wird, werden zyklisch fortlaufend immer nur einzelne Stromrichterventile gezündet, wobei stets gleichzeitig mindestens ein stromzuführendes und ein stromableitendes Ventil brennen muß. Auf diese Weise erregen die Ströme der Stromrichterventile ein umlaufendes magnetisches Feld, das in der Läuferwicklung Ströme induziert, die zusammen mit dem magnetischen Drehfeld ein mechanisches Drehmoment entwickeln, das der Steuerfrequenz entsprechend umläuft und den Läufer mitzieht.
Vorzugsweise liegt in einem der Hauptleiter eine Glättungsdrossel, der ein gesteuertes Ventil parallelgeschaltet ist.
Das der Glättungsdrossel parallel liegende gesteuerte Ventil wird stets gleichzeitig mit dem Hauptventil ein- und ausgeschaltet. So wird bei jedem Spannungsstoß der Steuerung die Glättungsdrossel kurzgeschlossen und damit die InduktiviXtä6t + des Gleichstromzwischenkreises verringert, wodurch der s+9Qc strom vergrößert und auch das Drehmoment der Anordnung vergrößert wird.
Vorteilhaft ist es, für eine synchron laufende Stromrichtermaschine antiparallel zu jedem Stromrichterventil eine Blindstromdiode zu schalten. Dadurch kann der große Blindleistungsbedarf dieser Anordnung ausgeglichen werden. Über die Blindstromdioden wird während der Löschzeiten Blind strom in den Gleichstromzwischenkreis zurückgeleitet, d.h. die Blindströme der Ankerwicklung abgeleitet.
Der Läufer der Maschine kann ein einfacher Kurzschlußläufer mit Stabwicklung oder anderer Kurzschlußwicklung sein.
Bei einem vorteilhaften Verfahren zum Betrieb der Stromrichter-Induktionsmaschine werden die gesteuerten Stromrichterventile zyklisch fortschitend in der Drehrichtung des Ankerfeldes gezündet. Zur Bremsung der laufenden Maschine und zur Strom- rückgewinnung kann die Zündungsfrequenz des Hauptventils und damit der gesteuerten Stromrichterventile kleiner als die Drehzahl des Läufers gehalten werden.Zur Umkehr der Drehrichtung des Ankerdrehfeldes kann die zyklische Reihenfolge der Zündung der gesteuerten Stromrichterventile umgekehrt werden.
Vorteilhaft ist es, zur Vervierfachung der Pulszahl der Stromstöße des Ankerstromes in einer Umdrehung des Läufers gleichzeitig ein stromzuführendes und zwei stromableitende oder ein stromableitendes und zwei stromzuführende Stromrichterventile zu zünden.
Im folgenden wird die Erfindung mit zwei Ausführungsbeispielen, die in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind, näher erläutert. In den Figuren sind im wesentlichen gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist eine sechsphasige Stromrichter-Induktionsmaschine schematisch dargestellt, die über einen Gleichstromzwischenkreis an ein Gleichstromnetz angeschlossen ist. Von der Gleichstromleitung 50 führt ein Schalter 39 in einen mittels Glättungskondensator 37 und Glättungsdrossel 36 gegelätteten Gleichstromzwischenkreis 40. Für die folgende Betrachtung sei die an sich gleichgültige Polarität in beiden lieitungsrichtungen festgelegt. Es wird angenommen, daß der Hauptleiter 34 zum Stromrichter positiv und der andere Hauptleiter 35 negativ sei. In den Hauptleiter 34 ist hier die Glättungsdrossel 36 eingebaut, der ein gesteuertes Ventil 27 parallelgeschaltet ist. Weiterhin ist in den Hauptleiter 34 das gesteuerte Hauptventil 20 eingebaut, das von der hier nicht dargestellten Steuerung ebenso, wie alle gesteerten Ventile des Stromrichters in gleichem Takt gezündet werden kann. Zwischen die beiden Hauptleiter 34 und 35 ist ein aus Ladeventil 23, Ladedrossel 24 und Kommutierungskondensator 25 bestehende Kommutierungseinrichtung 30 für die Löschung des Hauptventils 20 geschaltet. Gegen die Kathode des Hauptventils 20 ist die Kathode eines mit der Kommutierungseinrichtung 30 verbundenen Löschventils 21 gerichtet, das im Takt der Löschung gezündet wird, den ebenfalls die Steuerung gibt, die damit auch alle Stromrichterventile löscht.
Der in Brückenschaltung ausgeführte Stromrichter 33 erhält über seine Leitungsschiene 18 positiven Anschluß vom Hauptleiter 34. Von der Leitungsschiene 18 gehen alle stromzuführenden gesteuerten Ventile 1 bis 6 aus und führen weiter zu den Ankerwicklungsanschlüssen ib bis 6b. Von denselben Ankeranschlüssen leiten die gesteuerten stromableitenden Ventile 7 bis 12 zur negativen Stromrichterschene 19 und von dieser über den negativen Hauptleiter 35 in den Gleichstromzwischenkreis 40 zurück. Die Blindstromdioden 1a bis 6a und 7a bis 12a führen jeweils Blindströme sowohl an die positive, wie an die negative Schiene des Stromrichters 33 und von dort 3Lo ") an den Gleichstromzwischenkreis 4+ ab.
Für die Fig. 1 sei ein Zündungsaugenblick angenommen, bei dem das Hauptventil 20, und die Stromrichterventile 1 und 10 gezündet sind. Der Maschinenstrom fließt durch das Hauptventil 20 und die Glättungsdrossel 36 über die Stromrichterschiene 18, daß stromzuführende Ventil 1 zum Ankerwicklungsanschluß 1b, dann durch die Ankerwicklung zum Ankeranschluß 4b, von dort über das stromableitende Ventil 10 zur Stromrichterschiene 19 und von dort über den Hauptleiter 35 zum Gleichstromzwischenkreis 40 zurück.
Wird jeweils nur ein stromzuführendes und ein stromableitendes Stromrichterventil gezündet, so zünden bei Rechtslauf des Ankerdrehfeldes der Reihe nach die stromzuführenden Ventile 1...6 und gleichzeitig die stromableitenden Ventile 10, 11, 12...9. Das Ankerdrehfeld dreht sich dabei in sechs Rechtsimpulsen einmal um 3600. Bei Linkslauf muß die Reihenfolge der Zündung umgekehrt vor sich gehen, also 1, 6, 5...2 und 7, 12, 11. .8.
Man kann nun die Zahl der Pulse des Ankerstromes und Drehfeldes vergrößern, indem man gleichzeitig mehrere stromzuführende und stromableitende Ventile des Stromrichters 33 zündet und löscht. Im allgemeinen genügt schon eine Verdopplung der gleichzeitigen Zündung. Die günstigaten Verhältnisse ergeben sich bei diesem Verfahren für Rechtslauf in folgender Reihenfolge der gleichzeitigen Zündungen, wobei die Zahlen immer die Bezeichnungen der gleichzeitig gezündeten Stromrichterventile bedeuten und die erste Zahl vor dem Bindestrich ein stromzuführendes Ventil, die hinter dem Bindestrich 3tromableitende Ventile kennzeichnen: 1-9, 1-(9 + 10), 1-10, 1- (10 + 11), 2-10, 2- (10 + 11), 2-11, 2- (11 + 12), 3-11, 3- (11 + 12), 3-12, 3- (12 + 7), 4-12, 4- (12 + 7), 4-7, 4- (7 + 8), 5-7, 5- (7 + 8) 5-8, y 5- (8 + 9), 6-8, 6- (8 + 9), 6-9 6- (9 + 10).
Ankerstrom und Ankerdrehfeld erhalten bei dieser Reihenfolge während einer Umdrehung um 3600 24 Pulse.
Für den Linkslauf ergibt sich die gleiche Pulszahl bei folgender Reihenfolge der gleichzeitig zu zündenden Ventile: 1-11, 1- (11 + 10), 1-10, 1- (10 + 9), 6-10, 6- (10 + 9), 6-9, 6- (9 + 8), 5-9, 5- (9 + 8), 5-8, 5- (8 + 7), 4-8, 4- (8 + 7), 4-7, 4- (7 + 12), 3-7, 3- (7 + 12), 3-12, 3- (12 + 11), 2-12, 2- (12 + 11), 2-11, 2- (11 + 10).
In Fig. 2 ist der Anschluß einer dreiphasigen Ankerwicklung an ein Drehstromnetz dargestellt. Vom Drehstromnetz 50 führt ein Schalter 39 über eine Gleich- und Wechselrichteranordnung 38 in einen Gleichstromzwischenkreis 40. Von dort führen zwei Hauptleiter 34 (positiv) und 35 (negativ) zum Stromrichter 33, an dessen Leitungsschienen 18 und 19 nur drei stromzuführende gesteuerte Ventile 1, 2, 3 und drei stromableitende, gesteuerte Ventile 7, 8, 9 mit den antiparallelgeschalteten Blindstromdioden 1a, 2a und 3a bzw. 7a, 8a und 9a angeschlossen sind. Die Glättungsdrossel 36 ist beispielsweise im negativen Hauptleiter angenommen und ist mittels des gesteuerten Ventils 27 überbrückt. Der positive Hauptleiter 34 führt durch das gesteuerte Hauptventil 20 zur Stromrichterschiene 18 und dieses Hauptventil wird mittels der Kommutierungseinrichtung wie in Fig. 1 kommutiert. Die Ankerwicklung X und mit ihr der Stromrichter 33 sind hier einfacher als in Fig. 1 nur dreiphasig ausgeführt. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist dieselbe, wie nach Fig. 1, nur ist die Ankerwicklung hier nur drephasig und damit ergibt sich, daß der Phasenunterschied zwischen den Ankerwicklungsanschlüssen nur 120 bis 2400 betragen kann. Den drei Ankeranschlüssen 1b bis 3b entsprechend würde Ankerstrom und Ankerdrehfeld in einer Umdrehung nur 3 Pulse erhalten. Soll in diesem Falle die Ankerwicklung gleichmäßig belastet werden, so ergibt sich zwangsläufig ein Schaltverfahren nach dem Muster von Fig. 1 indem man abwechselnd ein stromzuführendes und ein stromableitendes Ventil, dann ein stromzuführendes und zwei stromableitende Ventile schaltet usw. Man würde dann Neue Beschreibungsseite 8 nur drei Pulse während einer Umdrehung des Drehfeldes erhalten und sehr große Schwankungen der Feldstärke. Führt man aber grundsätzlich die Methode wie in Fig. 1 durch, so erhält man eine Pulszahl von 12, wenn man die Zündungen nach der folgenden Zahlenreihe steuert. Die Zündfolge lautet für den Rechbtaufs 1-8, 1- (8 + 9), 1-9, (1 + 2)-9, 2-9, 2- (9 + 7), 2-7, (2 + 3-7, 3- (7 + 8), 3-8, (1 + 3) - 8.
Für den Linkslauf gilt: 1-9, 1- (9 + 8), 1-8, (1 + 3)-8, 3 - 8, 3- (8 + 7), 3-7, (3 + 2-7, 2- (7 + 9), 2-9, (2 + 1) - 9.
10 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche Stromrichter-Induktionsmaschine mit einer Ankerwicklung, deren Wicklungsanschlüsse über gesteuerte Ventile eines Stromrichters mit einem Gleichstromzwischenkreis verbunden sind, der an eine Gleichstromquelle oder über einen Gleichrichter an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der beiden Hauptleiter (34 bzw. 35) die den Gleichstromzwischenkreis (40) mit dem Stromrichter (33) verbinden, ein gesteuertes Hauptventil (20) angeordnet ist, das im Takt mit der Zündfrequenz des Stromrichters zündbar und mittels einer Kommutierungseinrichtung (30) löschbar ist, wobei die Zündfrequenz des Stromrichters mit einer Steuereinrichtung einstellbar ist.
2. Stromrichter-Induktionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Hauptleiter (34 bzw. 35) eine Glättungsdrossel (36) liegt, der ein gesteuertes Ventil (27) parallelgeschaltet ist.
3. Stromrichter-Induktionsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß antiparallel zu jedem Stromrichterventil (1 bis 12) eine Blindstromdiode (1a bis 12a) geschaltet ist.
4. Stromrichter-Induktionsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mehrere gesteuerte Stromrichterventile (1 bis 12) zündbar sind.
5. Stromrichter-Induktionsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig wenigstens ein stromzuführendes (1 bis 6) und ein stromableitendes (7 bis 12) gesteuertes Stromrichterventil zündbar ist.
6. Verfahren zum Betrieb einer Stromrichter-Induktionsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Stromrichterventile (1 bis 12) zyklisch fortschreitend in der Drehrichtung des Ankerfeldes gezündet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bremsung der laufenden Maschine und zur Stromrückgewinnung die Zündfrequenz der gesteuerten Stromrichterventile (1 bis 12) und damit des Hauptventils (20) kleiner als die Drehzahl des Läufers gehalten wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umkehr der Drehrichtung des Ankerdrehfeldes die zyklische Reihenfolge der Zündung der gesteuerten Stromrichterventile (1 bis 12) umgekehrt wird.
9. Verfahren zum Betrieb einer Stromrichter-Induktionsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Umdrehung des Läufers gleichzeitig ein stromzuführendes (1 bis 6) und zwei stromableitende (7 bis 12) oder zwei stromzuführende und ein stromableitendes Stromrichterventil gezündet werden.
10. Verfahren zum Betrieb einer Stromrichter-Induktionsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das der Glättungsdrossel (36) parallelliegende, gesteuerte Ventil (27) gleichzeitig mit der Zündung des Hauptventils (20) gezündet und beim Löschen des Hauptventils gelöscht wird.