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DE2219018C3 - Anordnung zur Speisung eines Stromrichtermotors über einen Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis - Google Patents

Anordnung zur Speisung eines Stromrichtermotors über einen Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis

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DE2219018C3
DE2219018C3 DE2219018A DE2219018A DE2219018C3 DE 2219018 C3 DE2219018 C3 DE 2219018C3 DE 2219018 A DE2219018 A DE 2219018A DE 2219018 A DE2219018 A DE 2219018A DE 2219018 C3 DE2219018 C3 DE 2219018C3
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voltage
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Description

3 4
licher Umschwingkreis und keine Erst- bzw. Nach- sator 9 bestehenden Summenlöscheinrichtung der
ladung des Kommutierungskondensators erforderlich. Motorstrom iM im Takt der Koaimutierungsfrequenz
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Anord- zu Null gemacht werden muß.
nung beispielhaft an Hand der F i g. 1 und 2 näher Die genaue Funktionsweise dieser Summenlösch-
erläutert. 5 einrichtung wird an Hand der Diagramme der F i g. 2
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung. erläutert. In den Diagrammen sind die Zwischen-Die dreiphasige Wicklung einer Synchronmaschine 1 kreisspannung uu, die am Kondensator abfallende wird aus einem Drehstromnetz R, S, T über einen Spannung U1-, der Netzstrom /Λ·, der Motorstrom iM, gesteuerten Gleichrichter 2, einen Gleichstrom- der Strom iT über den Thyristor 7, der Strom iD über zwischenkreis 3 mit Glättungsinduktivität 4 und einen io die Diode 6 und der Strom iG durch die Glättungsgesteuerten Wechselrichter 5 gespeist. Im Ausfüh- induktivität 4 über der Zeit t aufgetragen. Im interrungsbeispk·; ist der Gleichrichter 2 aus sechs Steuer- essierenden Drehzahlbereich zwischen einer Drehbaren Stromrichterventilen 2 α bis 2 g in Brücken- zahl η von ungefähr Null und ungefähr einem Zehntel schaltung und der Wechselrichter 5 aus steuerbaren der Nenndrehzahl ist die Zwische.nkreisspannung uD Stromrichterventilen 5 α bis 5 g ebenfalls in Brücken- 15 nur wenig von Null verschieden und der Steuerwinkel schaltung aufgebaut. Die steuerbaren Stromrichter- des Gleichrichters 2 beträgt ungefähr 90°, da uD ventile 2 a bis 2 g bzw. 5 a bis 5 g können beispiels- proportional n. Bei dem im Ausführungsbeispiel geweise Thyristoren sein. zeigten sechspulsigen Stromrichter 2 erhält man dann
Der Glättungsinduktivität 4, die in einer Strom- eine Ausgangsspannung uD, die bei diesem Steuerschiene 10a des Gleichstromzwischenkre:ses 3 ange- ao winkel nahezu den in Fig. 2 gezeigten Verlauf hat. ordnet ist, ist die Serienschaltung einer Diode und Der Kondensator 9 ist auf die Spannung U t aufgeeines gesteuerten Stromrichterventils, beispielsweise laden. Soll nun im Wechselrichter 5 eine Kommueines Thyristors 7, parallel geschaltet. Die Diode 6 tierung, beispielsweise von den Thyristoren 5 a und und der Thyristor 7 sind so gepolt, daß die bei Ab- 5 g auf die Thyristoren 5 b und 5 g stattfinden, so wird nähme oder beim Abschalten des Gleichstromes im »5 beim Nulldurchgang der Spannung uD der Thyristor 7 Gleichstromzwischenkreis 3 an der Glättungsinduk- gezündet (Zeitpunkt c0). Kondensator 9 entlädt sich tivität 4 auftretende Selbstinduktionsspannung in dann über den Thyristor 7, die beiden stromführen-Durchlaßrichtung an den Ventilen 6 und 7 liegt, und den Thyristoren des Gleichrichters 2, beispielsweise der über die Glättungsinduktivität 4 fließende Strom über die Thyristoren 2a und 2g, und die gesamte über die Diode 6 und den gezündeten Thyristor 7 30 Induktivität des speisenden Netzes, die sich aus der weiterfiießen kann. Der Verbindungspunkt 8 von Induktivität der Netzdrossel, der InduktioitSt der Diode 6 und Thyristor 7 ist über einen Konden- Zuleitung sowie der Steuerinduktivität des Transsator 9 mit der zweiten Stromschiene 10 b des Gleich- formators zusammensetzt. Im Zeitpunkt A1 hat der stromzwischenkreises 3 verbunden. Damit ist mit der Strom iT den Wert des Netzstromes iN erreicht, so Serienschaltung von der Diode 6 und dem Konden- 35 daß die Ventile 2a und 2g des Gleichrichters 2 versator 9 der Ausgang 11 des Gleichstromzwischen- löschen. Der Gleichstrom im Gleichstromzwischenkreises und mit der Serienschaltung des Thyristors 7 kreis 3 ist damit abgeschaltet. Der durch die Glät- und des Kondensators 9 der Eingang 12 des Gleich- tungsinduktivität 4 eingeprägte und daher zunächst stromzwischenkreises 3 überbrückt. konstante Strom iM lädt den Kondensator 9 weiter
Mit dem Läufer des Drehstromsynchronmotors 1 40 um, bis im Zeitpunkt x, die Spannung uc am Konist ein Tachodynamo 13 und ein beispielsweise mit densator 9 Null geworden ist. Von nun an wird im Hallgeneratoren bestückter Läuferstellungsgeber 14 Kondensator 9 eine Gegenspannung aufgebaut, die mechanisch gekoppelt. Die Signale des Tacho- den Motorstrom iM im Zeitpunkt y, ebenfalls zu Null generators 13 und des Läuferstellungsgebers 14 sind macht, so daß nun die stromführenden Ventile 5a einem Steuersatz 15 zugeführt, der außerdem noch *5 und 5g des Wechselrichters verlöschen. Der weiter-Signale eines in der Drehstromspeiseleitung angeord- hin konstante Drosselstrom iu fließt nun durch die neten Stromwandler 16 erhält und dem über einen Diode 6 und den Thyristor 7. Die Kondensator-Eingang 17 ein Drehzahlsollwert zugeführt werden spannung behält ihre auf Grund des Umschwingkann. Von dem Steuersatz 15 werden über Leitungen Vorganges entstandene negative Spannung U bei, bis 18 die Thyristoren des Wechselrichters 5, über Lei- 50 zum Zeitpunkt a4 die Netzspannung und damit uu tungen 19 die Thyristoren des Gleichrichters 2 und wiederkehrt. Bei erneut gezündeten Ventilen des über die Leitung 20 der Thyristor 7 angesteuert. Gleichrichters 2 wird durch die entstehende Potential-Steuersätze dieser Art sind bekannt. Ihr Aufbau kann differenz Un- U_ der Netzstrom wieder aufkommubeispielsweise den oben zitierten Literaturstellen in tiert, d. h. der Strom iN nimmt in demselben Maße der Siemens-Zeitschrift, 45. Jahrgang bzw. der IEEE 55 zu, der Strom iT durch den Thyristor 7 abnimmt. Transaction on Industrie and General Applications Dabei ist Un die höchste Momentanspannung der entnommen werden. Zwischenkreisspannung M0. Im Zeitpunki a5 erlischt
Bei Betriebsdrehzahlen, die größer als etwa ein der Thyristor 7, der Netzstrom iN hat den Wert iG des
Zehntel der Nenndrehzahl ist, erfolgt bei der in nach wie vor konstanten Induktivitätsstromes iG er-
F i g. 1 dargestellten Anordnung die Kommutierung 60 reicht. Der Strom iG lädt nun über die Diode 6 den
des Motorstromes iu beispielsweise vom Thyristor 5 α Kondensator 9 weiter um. Im Zeitpunkt αβ ist die
auf den Thyristor 5 b des Wechselrichters 5 mit Hilfe Spannung ur am Kondensator wieder Null und der
der Maschinenspannung der kapazitiv gesteuerten Motorstrom iM beginnt wieder zu fließen. Die Zün-
Synchronmaschine 1. dung der Ventile 5 b und 5 g des Wechselrichters, auf
Für Betriebsdrehzahlen, die kleiner als etwa ein 65 die der Strom kommutiert werden soll, muß vor dem
Zehntel der Nenndrehzahl sind, reicht jedoch die Zeitpunkt a6 erfolgen. Im allgemeinen erfolgt die
Maschinenspannung nicht aus, so daß mit Hilfe der Zündung dieser Ventile mit einem Langzeitimpuls
aus dem Thyristor 7, der Diode 6 und dem Konden- bereits erheblich früher, beispielsweise um Zeit-
5 6
punkta,,, der vor dem Nulldurchgang der Span- können auf alle Fälle Netzinduktivitäten in der
_. „ . t\, λ. . , , „ , Größe der Motorinduktivität zugelassen werden. Bei
nunguD hegt. Die ZeH m - ω entspricht der Schon- den übUchen Werten von Lm würde diese Netzimpe-
zeit f, der Ventile des Wechselrichters 5. Dieser Zeit- danzen bedeuten, die selbst bei längeren Stichleitun-
raum muß eingehalten werden, um ein erneutes S gen nicht auftreten.
Zünden des gelöschten Ventils 5a des Wechsel- Beim Start des Wechselrichters ist der Kondenrichters 5 zu verhindern. sator 9 über die Glättungsinduktivität 4 und die Der Strom iG bzw. iD baut nun weiter eine positive Diode 6 ausreichend geladen. Die bei jedem Kom-Spannung am Kondensator 9 auf, so daß mit Hilfe mutierungsvorgang auftretenden Umsch ivingverlustc dieser Spannung der Motorstrom iM über die ein- »o werden durch die zusätzliche Spannungszeitfläche der geschalteten Thyristoren 5ft und Sg des Wechsel- GleichrichterspannunguD z.B. zwischen den Zeitrichters wieder aufkominutiert wird. Im Zeitpunkt λ7 punkten <*0 und «, gedeckt.
ist die Kommutierung des Motorstromes abgeschlos- Die te Kommutierungsdauer τ, = -?-?- - Λ·-
sen. Der Kondensator 9 hat die Spannung U t und ° * <·> «>
ist somit bereits beim nächsten Nulldurchgang der »5 des Motorstromes beträgt ungefähr 30°, bezogen auf
Spannung uu der in F i g. 2 mit a8 bezeichnet ist, zu die Periodendauer des speisenden Netzes. Wegen
einer neuen Kommutierung bereit. Die Höhe der dieser sehr kurzen Kommutierungsdauer sind die
Spannung U + am Kondensator 9 ergibt sich aus der Momenteinbrüche an der Motorwelle ebenfalls
Beziehung äußerst klein.
»o Zusammenfassend ist festzustellen, daß bei dem
Lm erfindungsgemäßen Stromrichtermotor mit einer Summenlöscheinrichtung als Anfahrhilfe der Netz-
*-· und Maschinenstrom zeitlich nacheinander ab- bzw. wieder aufkommutiert werden. Damit ist eine An-
worin Lm die resultierende Kommutierungsinduk- a5 fahrhilfe geschaffen, die mit geringem Aufwand an tivität des Motors 1 und C die Kapazität des Kon- Bauelementen eine sichere Kommutierung des densators 9 ist. Da diese Spannung auch für die Motorstromes auch in Bereichen sehr kleiner Dreh-Kommutierung des Netzstromes zur Verfügung steht, zahlen sicherstellen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
?13

Claims (1)

  1. ι 2
    Applications, Vol. JGA-7, No. 4, 1971, S. 539 bis
    Patentanspruch- 543 ist ein Stromrichtermotor der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Kommutierung des
    Anordnung zur Speisung eines Stromrichter- Motorstromes durch ein geheuertes Freilaufventil
    motors über einen Umrichter mit Gleichstrom- 5 erfolgt, das antiparal el zur Glaitungsinduküvitat des
    zwischenkreis, in dem eine Glättungsinduktivität Gleichstromzwischenkreises geschaltet ist, so daß der
    mit einem parallelgeschalteten steuerbaren Strom- Drosselstrom während der Kommutierung upge-
    richterventü angeordnet ist, welches derart gepolt hindert weiterfließen kann und nur der Motorstrom
    ist, daß eine an der Glättungsinduktivität bei über den Wechselspannungsanteil der Gleichnchter-
    Stromabnahme auftretende Selbstinduktions- io ausgangsspannung kommutiert werden muß. Dieses
    spannung in Durchlaßrichtung am Stromrichter- Verfahren hat den Nachteil, daß zusätzlich zu den
    ventil liegt, dadurch gekennzeichnet, Streureaktanzen des Motors die Induktivitäten der
    daß der Ausgang (11) des Gleichstromzwischen- Netzzuleitung, einschließlich der Streureaktanz des
    kreises (3) von einer Serienschaltung einer Diode Speisetransformators stark die Hohe des kommutier-
    (6) und einer Kapazität (9) überbrückt ist und 15 baren Stromes beeinflussen.
    daß die Diode (6) in Reihe mit dem gesteuerten Aus der deutschen Offenlegungsschnft 1563 471
    Stromrichterventil (Thyristor 7) parallel zur Glät- oder der deutschen Offenlegungsschnft. 2 003 639
    tungsinduktivität (4) geschaltet ist. sind Stromrichtermotoren bekannt, die eine Anfahrhilfe im Bereich kleiner Drehzahlen besitzen. Es ist 20 ein steuerbares Hauptventil vorgesehen, das den Strom im Zwischenkreis unterbricht. Für dieses
    Hauptventil ist ein Löschkreis anzuordnen. Abweichend von den oben beschriebenen bekannten Stromrichtermotoren, bei denen der Motorstrom zur
    Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung »5 Kommutierung der Wechselrichterventile mittels zur Speisung eines Stromrichtermotors über einen entgegengerichteter Ströme unterdrückt wird, wird Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis, in dem bei den aus den letztgenannten deutschen Offeneine Glättungsinduktivität mit einem parallelgeschal- legungsschaften bekannten Stromrichtermotoren der teten steuerbaren Stromrichterventil angeordnet ist, Motorstrom mit Hilfe des Hauptventils unterbrochen, welches derart gepolt ist, daß eine an der Glättungs- 3° Dieses Hauptventil muß daher für eine hohe Beinduktivität bei Stromabnahme auftretende Selbst- lastung ausgelegt sein und kann leicht zerstört Induktionsspannung in Durchlaßrichtung am Strom- werden.
    richterventil liegt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
    Unter Stromrichtermotoren versteht man Drehfeld- bei möglichst geringem Aufwand an Bauelementen
    maschinen synchroner Bauart, die aus einem Wech- 35 den Motorstrom auch bei sehr kleinen Betriebsdreh-
    selstrom- oder Drehstromnetz konstanter Spannung zahlen zu kommutieren.
    und Frequenz über einen gesteuerten Gleichrichter, Diese Aufgabe wird bei einem Stromrichtermotor einen Gleichstromzwischenkreis und einen Wechsel- der eingangs genannten Art nach der Erfindung richter gespeist werden. Die Taktung des Wechsel- dadurch gelöst, daß der Ausgang des Gleichstromrichters erfolgt lastabhängig (läuferstellungsabhän- 40 zwischenkreises von einer aus einer Diode und einem gig), die Kommutierungsblindleistung liefert die Kondensator bestehenden Serienschaltung überbrückt Maschine. ist und daß die Diode in Reihe mit dem gesteuerten Beim Stromrichtermotor kann die Blindleistung Stromrichterventil parallel jur Glättungsinduktivität für die Kommutierung des Motorstromes erst ab geschaltet ist.
    einer gewissen Betriebsdrehzahl vom Motor selbst 45 Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird der zur Verfügung gestellt werden. In einem Drehzahl- maximale Motorstrom unter Zuhilfenahme der Oberbereich, der zwischen Null und etwa einem Zehntel wellenspannung des Netzgleich rieh te rs auch bei der Nenndrehzahl des Stromrichtermotors liegt, muß Betriebsdrehzahlen kommutiert, die nur wenig von daher auf gesonderte Anfahrhilfen zurückgegriffen Null verschieden sind. Es wird der Strom zunächst werden, bei denen der Bereich kleiner Drehzahlen 5° in der Netzzuleitung und dann erst im Motor abmit Hilfe zusätzlicher Vorrichtungen oder entspre- bzw. wieder aufkommutiert, wobei der Kommuticchender Umschaltungen durchfahren wird. rungsvorgang des Motorstromes sehr rasch abläuft Bekannt ist es aus der deutschen Patentschrift und die entstehende strom- bzw. momentlose Pause 639 322 im Bereich kleiner Motordrehzahlen, d.h. im Motor sehr klein gehalten werden kann. Der langsamer Kommutierungsfolge des Wechselrichters, 55 Strom in der Glättungsinduktivität fließt während der kurz vor jedem Phasenwechsel der Drehfeldmaschine gesamten Kommutierung ungehindert mit annähernd den Strom im Gleichstromzwischenkreis durch ent- konstanter Größe weiter. Der kommutierbare Strom sprechende Aussteuerung des Gleichrichters zu Null ist praktisch unabhängig von der Induktivität des zu machen, wodurch die steuerbaren Stromrichter- speisenden Drehstromnetzes, dies ergibt eine schnelventile des Wechselrichters ihre Sperrfähigkeit wieder 60 lere Kommutierung. Durch das zeitliche Nacheinerlangen und anschließend in der gewünschten ander der Kommutierung des Netz- und Motor-Phasenlage wieder neu gezündet werden können. Bei stromes entstehen zwei getrennte Kommutierungsdiesem bekannten Stromrichtermotor ist jedoch die er- kreise, wobei jeder Kreis eine Kommutierungsspanreichbare Kommutierungsfrequenz relativ klein, unter nung genügender Höhe aus einer Kondensatoranderem ist sie durch die natürliche Todzeit des netz- 85 Umladung infolge eines Umschwingvorganges im geführten Gleichrichters begrenzt. Aus der Siemens- anderen Kommutierungskreis erhält.
    Zeitschrift, 45. Jahrgang, 1971, S. 186 bis 188 oder Der Aufwand für diese Summenlöschung ist gering, der IEEE Transaction on Industry and General Insbesondere ist bei dieser Anfahrhilfe kein zusatz-
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