DE2126189B2 - Anordnung zur umformung von wechselspannungssystemen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich juf eine Anordnung zur Erzeugung einer aus Halbwellen zusammengesetzten ein- oder mehrphasigen Spannung, bei der die Frequenz der Halbwellengruppen regelbar ist, aus einer ein- oder mehrphasigen Spannung höherer, starrer Frequenz mit einer in beiden Halbwellen wirksamen Gleichrichterschaltung, bei der mindestens ein Teil der Gleichrichter steuerbar ist.

Derartige Spannungssysteme sind insbesondere zur Speisung von Asynchronmotoren geeignet. Jedoch sind auch andere Verwendungszwecke denkbar.

Bekannt sind Verfahren zur Drehzahleinstellung von Asynchronmaschinen durch Variation von Speisespannung und -frequenz, durch Umschaltung der Motorwicklung auf andere Polpaarzahlen und bei Schleifringläufermotoren durch Variation des Läuferkreiswiderstandes und durch Kaskadenschaltungen.

Bei ausschließlicher Änderung der Speisespannung nimmt das Drehmoment quadratisch mit der Spannung ab, und man kann dadurch bei entsprechender Auslegung der Motorkennlinien ein lastabhängiges Verstel'en der Drehzahl erreichen. Die gesamte Schlupfleistung wird jedoch in den Läuferwiderständen in Wärme umgesetzt Somit ist dieses Verfahren bei Kurzschlußläufermotoren nicht für Dauerbetrieb geeignet.

In der DT-PS 6 67 855 ist bereits ein Verfahren zum Umformen von Wechselströmen beschrieben, bei dem phasenverschobene Wechselströme in einen Wechselstrom anderer Frequenz umgeformt werden. Bei diesem bekannten Verfahren müssen jedoch in einer ersten Urnformungsstufe zwei Wechselströme wesentlich höherer Frequenz als die Frequenz der Eingangswechselströme oder des Ausgangsstromes gebildet werden, und diese beiden gebildeten Wechselströme höherer Frequenz müssen einander so überlagert werden, daß sich ein Schwebungsstrom ergibt, der der Frequenz des Ausgangsstromes entspricht. In einer zweiten Umformungsstufe muß diese Schwebung derart gleichgerichtet werden, daß bei jedem Nulldurchgang der Amplitude der Schwebung die Durchgangsrichtung des entstehenden Stromes wechselt. Infolge der mehrfachen Umformung der Wechselströme ist dieses Verfahren sehr aufwendig.

In der DT-PS 6 44 85! ist eine Einrichtung zur Regelung von Mehrphasenwechselstrommotoren über steuerbare Entladungsstrecken beschrieben. Die verketteten Mehrphasenwicklungen des Motors werden über je zwei Gruppen von Entladungsstrecken in Gegentaktschaltung an ein Mehrphasenwechselstromnetz angeschaltet, so daß Frequenz und Phasenfolge der dem Motor zugeföhrten Wechselspannung regelbar sind. Durch entsprechende Steuerung der Entladungsstrekken sind sowohl Frequenz und Phasenfolge als auch die zugeführte Wechselspannung regelbar. Wie der Schaltungsanordnung aus Fig. 1 der genannten DT-PS zu entnehmen ist, werden, falls die dort dargestellten Dampfgleichrichter durch Thyristoren ersetzt werden, Kommutierungsmittel benötigt, die einen Kurzschluß innerhalb der Drehstromgleichrichterbrücken verhindern.

Aus der DT-OS 16 38 939 ist eine Steuereinrichtung zum Steuern von Einphasen-Mehrphasen-Stromrichtern für das Erreichen einer aus vollständigen Halbwellen bestehenden Ausj;angs.>pannung bekannt. Bei dieser Steuereinrichtung sind die Motorwicklungen in zwei gleiche Teile aufgeteilt worden, so daß sie sich wie eine Spannungsteilerdrosselspule verhalten, die den durchfließenden Strom abgleichen. Da die in zwei gleiche Teita aufgeteilten Moiorspulen über weitere Drosseln und einen Transformator miteinander verbunden sind, besteht die Möglichkeit eines inneren Kuizschlußstromes. Damit dieser Kurzschlußstrom unterdrückt werden kann, sind aufwendige Kommutierungsmittel notwendig.

Im Gegensatz hierzu findet bei der Erfindung kein Wechselrichterbetrieb statt, so daß keine Kreisstiomdrosseln erforderlich sind. Außerdem ist bei dieser bekannten Anordnung ein für die volle Leistung bemessener Stromrichtertransformator notwendig, und es werden steuerbare Gleichrichter mit speziellen Kommutierungseigenschaften benötigt.

Aus der DT-PS 6 89 315 ist eine Anordnung zui Umrichtung von Mehrphasenströmen in Ein- odei Mehrphasenströme kleinerer Frequenz mit Hilfe eine; Transformators und gesteuerter elektrischer Ventil« bekannt, wobei die Wicklung des Translormators, ar welche die Ventile angeschlossen sind, in Ringschaltunj ausgeführt ist, so daß die sekundäre Spannungskurv« aus verschieden großen Sehnen- bzw. Durchmesser spannungen dieser Wicklung aufgebaut ist.

Aus der Literaturstelle, AEG-Mitteilungen 53 (1963; H. 3/4, S. 140, ist eine Schaltung zur Speisung eine Motors über je ein Paar von antiparallel geschaltetei Thyristoren für jede Phase, die so angesteuert werdet daß sich eine aus Halbwellen zusammengesetzt Spannung niedrigerer Frequenz ergibt, bekannt.

Bei all diesen bekannten Schaltungen sind zumindei Kommulierungsmittel für die Thyristoren erforderlicl die bei den großen ir.fragekommenden Strömen eine

erheblichen Aufwand darstellen.

Durch die Erfindung wird nun eine Anordnung «ngegeben, durch die unter verhältnismäßig geringem Aufwand aus dem vorhandenen Wechselstromnetz ein Spannungssystem gleicher oder höherer Phasenzahl mit einstellbarer Frequenz erhalten wird, bei dem keine Kommutierungsmittel erforderlich sind.

Die Aufgabe wird nach einer ersten Ausführungsform erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für jede Phase der zu erzeugenden Spannung zwei Antiparallelschaltungen von steuerbaren Gleichrichtern vorgesehen sind, von denen jede einen von zwei gleichwertigen Teilen des Verbrauchers speist.

Nach einer zweiten Ausführungsform wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für jede Phase der zu erzeugenden Spannung zwei Gleichrichterbrückenschaltungen mit je zwei steuerbaren Gleichrichtern und zwei beiden Brückenschaltungen gemeinsamen nichtsteuerbaren Gleichrichtern vorgesehen sind, von denen jede Brückenschaltung einen von zwei gleichwertigen Teilen des Verbrauchers speist.

Es werden also die Halbwellen des vorhandener· Wechselspannungsnetzes aneinandergereiht, so daß sich im Mittel eine Rechteckwechselspannung ergibt. Durch Variation der Halbwellenanzah! je Gruppe läßt sich die Frequenz des erzeugten Spannungssystems verstellen.

Weitere Ausgestaltungen gemäß der Erfindung sollen nunmehr anhand der Figuren näher erläutert werden.

Die F i g. 1 und 2 zeigen verschiedene Schaltungsanordnungen zur Bildung eines irequenzvariablen Einphasensystems aus einem Einphasensystem mit konstanter höherer Frequenz. Hierzu wird die Wicklung der Asynchronmaschine oder des vorgeschalteten Transformators in zwei Wicklungsstränge UX, U'X'mh gleicher magnetischer Wirkung aufgeteilt. Diese Wicklungsstränge werden, wie gezeichnet, derart vom Strom durchflossen, daß sich eine resultierende Wirkung ergibt. In F i g. 1 wird die Brückenschaltung aus den steuerbaren Gleichrichtern T\, T2 bzw. T3, T4 und den nichtsteuerbaren Gleichrichtern D1, D 2 gebildet.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 hat die gleiche Wirkung wie die nach Fig. 1, jedoch erfolgt die Bildung der Summenkurve auf einem anderen Wege, nämlich über die antiparallel geschalteten steuerbaren Gleichrichter Ti bis Γ4.

Hierbei stehen an beiden Wicklungssträngen positive und negative Spannungshalbwellen zur Verfugung.

Durch Vervielfachung der beschriebenen Anordnungen erhält man entsprechende mehrphasige Systeme.

Die Fig.3 und 4 zeigen zwei Anordnungen zur Erzeugung eines zweiphasigen Systems in den Wicklungen UX, U¹X', VY, V'V'ausdem Einphasennetz.

s Ir. Fig.3 sind die je Wicklungsstrang antiparallel geschalteten steuerbaren Gleichrichter mit Ti bis Γ8 bezeichnet. In F i g. 4 besteht die Brückenschaltung aus den steuerbaren Gleichrichtern Ti bis T8 und den nichtsteuerbaren Gleichrichtern Di, D2.

ίο Die Fig.5 und 6 zeigen schließlich entsprechende Schaltungsvarianten zur Erzeugung eines frequenzvariablen Dreiphasensystems in den Wicklungen UX, U'X; VY, V¹Y', WZ, W¹Z' aus einem frequenzstarren Dreiphasensystem. Der hierbei entstehende Phasenwin-

kelfchler wird mit fallender Ausgangsfrequenz vernachlässigbar klein. In F i g. 5 sind die je Wicklungsstrang amiparallel geschalteten steuerbaren Gleichrichter mit T1 bis 712 bezeichnet. In F i g. 6 ist für jede Phase eine der F i g. 1 ähnliche Brückenschaltung vorgesehen. Die steuerbaren Gleichrichter sind dort mit Ti bis Ti2 und die nichtsteuerbaren Gleichrichter mit Di bis D 6 bezeichnet.

Der Schaltungsaufwand zur Herstellung der frequenzvariablen Spannungssysteme ist im Gegensatz zu bekannten Verfahren und Anordnungen gering. Die Frequenz der Spannungssysteme kann durch einfache Umschaltung der Steuerung variiert werden. Die Anzahl der möglichen Frequenzen ist dadurch beschränkt, daß jeweils nur eine ganze Zahl von Halbwellen zu einer Gruppe zusammengefaßt werden kann. Der Frequenzabstand der möglichen Frequenzen wird bei fallender Frequenz jedoch sehr gering. An die Kommutierungseigenschaften der verwendeten Lei-Etungshalbleiter werden keine besonderen Ansprüche mehr gestellt. Außerdem ist es möglich, durch Erzeugung von Zwei- oder Dreiphasensystemen aus dem Einphasennetz Asynchronmaschinen ohne Anlaufhilfen zu betreiben. Das Anlaufmoment ist größer als z. B. bei einer entsprechenden Einphasenmaschine, bei der der Strom in der Hilfsphase durch einen Kondensator in der Phasenlage verschoben wird.

Durch Phasenanschnitt ist es möglich, bei der Speisung von Asynchronmotoren Zwischendrehzahlen zu erzielen, die bei reiner Frequenzänderung, d. h.

Änderung der Anzahl der Halbwellen pro Gruppe, nicht erreichbar sind. Die dabei auftretenden zusätzlichen Verluste betragen nur einen Bruchteil der Verluste, die sonst im Motor auftreten, und können ohne Schwierigkeiten beherrscht werden.

hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung einer aus Halbwellen zusammengesetzten ein- oder mehrphasigen Spannung, bei der die Frequenz der Halbwellengruppen regelbar ist, aus einer ein- oder mehrphasigen Spannung höherer, starrer Frequenz mit einer in beiden Halbwellen wirksamen Gleichrichterschaltung, bei der mindestens ein Teil der Gleichrichter ι ο steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Phase der zu erzeugenden Spannung zwei Antiparallelschaltungen von steuerbaren Gleichrichtern (Ti bis 712) vorgesehen sind, von denen jede einen von zwei gleichwertigen Teilen des Verbrauchers (UX, U'X'; VY, VY'; WZ, W¹Z') speist.

2. Anordnung zur Erzeugung einer aus Halbwellen zusammengesetzten ein- oder mehrphasigen Spannung, bei der die Frequenz der Halbwellengruppen regelbar ist, aus einer ein- oder mehrphasigen Spannung höherer, starrer Frequenz mit einer in beiden Halbwellen wirksamen Gleichrichterschaltung, bei der mindestens ein Teil der Gleichrichter steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Phase der zu erzeugenden Spannung zwei Gleichrichterbrückenschaltungen mit je zwei steuerbaren Gleichrichtern (Ti bis 712) und zwei beiden Brückenschaltungen gemeinsamen nichtsteuerbaren Gleichrichtern (Di, D2; D3, D4; D5, D6) vorgesehen sind, von denen jede Brückenschaltung einen von zwei gleichwertigen Teilen des Verbrauchers (UX, U'X'; VY, VY'; WZ, WZ^speist.