DE1638645A1

DE1638645A1 - Converter machine controllable speed

Info

Publication number: DE1638645A1
Application number: DE19681638645
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr-Ing Harz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-01-18
Filing date: 1968-01-18
Publication date: 1971-08-26

Description

Stromrichtermaschine steuerbarer Drehzahl Stromrichtermaschinen synchroner Bauart haben den Vorteilg daß sie von einer gewissen Drehzahl an selbs.t kommutieren, d.h. der zugeordnete Stromrichter benötigt keine-Mittel zur Zwangsstromwendung, sondern verhält sich wie ein netzgeführter Stromricbter mit natürlicber Stromwendüng. Die Synchronmasebine liefert an Stelle des Netzes die Stromwendung.sbl.ind.leistung. Weiden solche Maschinen als Moteren betrieben, so besteht bekanntlich der Nachteil, daß sie nicht v on selbst anlaufenweil I sie im Stillstand und bei sehr kleinen Drehzahlen noch n:b ht die fUr die Stromwendung erforderlichen Spannungen erzeugen. Man .ist hierbei auf Fremdstr-omwendung angewiesen, was Z.B. mit Hilf e eines einphasigen_-löacbumspanners möglich ist, dessen Erstwicklung vom Wechseletromne-tz konstanter Frequenz gespeist wird und dessen Zweitwicklung zwischen dem Sternpunkt-der Motorständerwie klung und d-em Mittelpunkt einer aus zwei Thyristoren bestelenden Löschbrücke liegt, die ihrerseits parallel zur Hauptwechselrichterbrücke geschaltet ist. Es ist auch bekannt, Asynebronmaschinen als Stromrichtermotoren zu betreiben, doch benötigen die bisher bekannten Srehaltungen dafür durchweg erzwungene Stromwendung oder Lösehmittel in Form von Kondensatoren, Thyristoren und Drosselspulen öder Umspannern sowohl beim Anfahren als auch im, Betrieb, so daß solche Anordnungen sehr aufwendig werden.Converter machine with controllable speed Converter machines of synchronous design have the advantage that they commutate from a certain speed on selbs.t, ie the assigned converter does not require any means for forced current reversal, but behaves like a mains-commutated converter with natural Stromwendüng. Instead of the network, the synchronous mask supplies the commutation. If such machines are operated as motors, there is, as is well known, the disadvantage that they do not start up by themselves because they cannot generate the voltages necessary for the current reversal at standstill and at very low speeds. One is dependent on the use of external power, which is possible, for example, with the help of a single-phase clamp, the first winding of which is fed by an alternating current of constant frequency and the second winding between the star point of the motor stator winding and the center of one of two Thyristors ordering extinguishing bridge is located, which in turn is connected in parallel to the main inverter bridge. It is also known to operate asynebron machines as converter motors, but the previously known Srehaltungen consistently require forced current reversal or solvents in the form of capacitors, thyristors and choke coils or transformers both during start-up and in operation, so that such arrangements are very complex.

Die vorliegende Erfindung zeigt nun, wie man auch Stromrichter-Asynch-ronmaschinen in der gleichen einfachen Weise als Motor betreiben kann wie Synchronmaschinen,-wobei man noch den weiteren Vorteil erhält, daß die Maschine-im Läufer weder Sehleifringe noch umlaufende Gleic-brichter benötigt, so daß sie völlig kontaktlos betrieben werd-en kann. Erfindungegemäß wird die Maschine als kondensatorerregte,Asynchronmaschine-betriebeng wobei jedoch die Kondensatoren nicht dauernd parallel zu den Maschinenklemmen geschaltet bleiben, sondern durch Tbyristoren so zu- und abgeschaltet-werdent daß die Spannung anden Maschinenklemmen einem bestimmten Gesetä gehorcht, z.B. sich verhältnisgleich mit-der DrehzahlAndert. Die-Xond ensatoren werden dabei stoßfrei-zu- und abgeschaltet-, so daß keine Ausgleichsvorgänge ,auftreten können. Auf diese Weise verhält sieh aber die Asynehronmaschine gegenüber der steuernden-WechselrichterbrUcke genau Wie eine Synclironmäschine-und kann von einer-gewis.sen Drehzahl an selbst die für die Löschung erforderliche Blindleistung liefern, d.h. mit#natUrlicher Stromwendung,arbeiten. .lediglich für den Anlauf ist, Wie bei der Stromrichter-Synchren-Maschine, erzwungene Stromwendung erforderlich.The present invention now shows how power converter asynchronous machines can also be used can operate as a motor in the same simple way as synchronous machines, -wherein you get the further advantage that the machine-in the runner has neither slip rings still needed circulating leveling-breakers, so that they operated completely contactless can be. According to the invention, the machine is operated as a capacitor-excited, asynchronous machine however, the capacitors are not permanently connected in parallel to the machine terminals stay, but are switched on and off by Tbyristors in such a way that the voltage at the machine clamps obeys a certain law, e.g. proportionally with-the speed changes. The capacitors are included seamless-to- and switched off, so that no equalization processes can occur. To this However, the asynchronous machine behaves wisely in relation to the controlling inverter bridge Exactly like a Syncliron machine - and can itself from a certain number of revolutions provide the reactive power required for extinguishing, i.e. work with # natural commutation. As with the converter-synchronous machine, it is only for the start-up that it is forced Commutation required.

Einige Ausfübrungsbeispiele sollen den Erfindungsgedänken besser. erkenneii lassen.Some examples are intended to improve the idea of the invention. let it be recognized.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Asynebronmotor, der über eine'Drehstrom-Thyristor-liechselrichterbrUcke 2, eine Gleichrichterbrücke 3 und einen Stufenumspanner 4 aus dem Drehstromnetz 5 gespeist wird. Parallel zu cen liaschinenklemmen des Motors liegt-der'Drehstromkondensator 6, der Uber eine halbgesteuerte Drebstrom-Thyristorbrücke 7 zu- und abgeschaltet werden.kann.Aber einen Schalter 8 kann der Motor unmittelbar auf das Netz 5 geschaltet werden.In Fig. 1, 1 designates a Asynebronmotor, which is fed via eine'Drehstrom thyristor liechselrichterbrUcke 2, a rectifier bridge 3 and a Stufenumspanner 4 from the three-phase network 5. Parallel to cen liaschinenklemmen of the engine is der'Drehstromkondensator-6, the Uber a semi-controlled thyristor bridge Drebstrom-to-7 and werden.kann.Aber off a switch 8 can be connected directly to the network 5 of the motor.

Die Anordnung wirkt folgendermaßen: Zum Anfahren wird-der Motor mit Hilfie'des Schalters 8 zunächst auf das Drehstromnetz 5 geschaltet. Nachdem der Motor 1 eine gewisse Mindestdrehzahl erreicht hat, wird der Schalter 8 wieder geöffnet und-die Brücke 7 freigegeben, so daß sich der Motor 1 auf-den Kondensator 6-er-r,-* reizen . kann und mit Hilfe der Brücke 7 eine der Dre#hzahl-entsprechende Spannung annehmen kanne Wird nun die WechselriebterbrUcke 2 durch das an den Motorklemmen auftretende Drebspannungesystem entsprechend gesteuerte so nimmt er eine-der Spannung im -Gleichstromzwiscbenkreis bzw. am Gleichrich-ter 3 verhältnisgleiche. Drehzahl an. Die Höhe der Spannung ani Mptor 1 wird dabei durch die Brücke 7 ebenfalls verhältnisgleich der Spannung am Gleichrichter 3 gesteuert. .-#'ird am Stufenumspanner 4 und damit auch an der Brücke 7 eine höhere Spannung vorgegeben, so nimmt der Motor 1 auch eine höhere Drehzahl an. Er verhält sich demnach wie ein Gleichstroainebenschlußmotor. Das Drebfeld bleibt bis auf den Schlupf an die Drehzahl des Läufers gebunden, so daß die Thyristoren des Wechselriebters-2 stets zum richtigen Zeitpunkt gezündet werden. können und auch wieder richtig gelöscht werden. Im 'Gegensatz zum Syncbron-Stromrichtermotor kann die WechselriebterbrUcke 2 nicht du reh einen mit dem Läufer des Motors gekuppelten Steuergeber, z.B. durch Hallsonden, gesteuert werden, vielmehr muß dafür ein an däs Drehfeld gebundener Steuergeber, z.B. ein kleiner Synchronmotor. mit Dauermagnetpolen verwendet werden, dessen Läufer umlaufende Dauermagnete synchron mit dem Drehfeld des Motors antreibt und in feststehenden Hallsonden die entsprechenden Steuerimpulse erzeugt. Die feststehenden Halls onden können gegenüber dem Zeiger der Kotorspannung so eingestellt #-je'rde'n, daß der Strom im richtigen Zeitpunkt von der einen Phase auf die andere Ubergeht.The arrangement works as follows: To start up, the motor is first switched to the three-phase network 5 with the aid of the switch 8 . After the motor 1 has reached a certain minimum speed, the switch 8 is opened again and the bridge 7 is released so that the motor 1 stimulates the capacitor 6-er-r, - * . can and with the help of the bridge 7 is a Dre # hzahl-corresponding voltage accept can is now WechselriebterbrUcke 2 by the occurring at the motor terminals Drebspannungesystem correspondingly controlled so he takes a-to the voltage in -Gleichstromzwiscbenkreis or on the rectifying-ter 3 proportion same. Speed. The level of the voltage at the Mptor 1 is controlled by the bridge 7 also in proportion to the voltage at the rectifier 3 . If a higher voltage is specified at the step transformer 4 and thus also at the bridge 7 , the motor 1 also assumes a higher speed. It therefore behaves like a DC motor. The Drebfeld remains tied to the speed of the rotor except for the slip, so that the thyristors of the inverter-2 are always triggered at the right time. can and can be deleted correctly. In contrast to the Syncbron converter motor, the inverter bridge 2 cannot be controlled by a control transmitter coupled to the rotor of the motor, e.g. by Hall sensors, but rather a control transmitter connected to the rotating field, e.g. a small synchronous motor. with permanent magnet poles whose rotor drives rotating permanent magnets synchronously with the rotating field of the motor and generates the corresponding control pulses in fixed Hall probes. The fixed Halls onden can be set in relation to the vector of the motor voltage in such a way that the current passes from one phase to the other at the correct point in time.

Das Anlassen des Motors 1 über den Schal-ter 8 entspricht dem üblichen Anlassen eines Käfigläufers mit der vollen Natzspannung. Man: muß die dabei auftretenden hohen Anlaufströme in Kauf nehmen und man kann auch in diesem Bereich die Drebza.1 des Motors nicht beeinflussen. Will'men beides vermeiden, so muß .man ein Verfahren mit-erzwungener Stromwendung verwänden; dies ist in Pig. 2 gezeigt. Hier liegt par'allel zur Wechsel:#ichterbrücke 2 die aus zwei Tbyristoren bestehende Lös-chbrücke 99 deren Mittelpunkt über die Zweitwicklung-des mit Netzspannung fremdgespeisten Umspanners 10 mit dem Sternpunkt der Motor-Ständerwicklung verbunden ist. Man kann auf diese.Weise die Stromwendung von einer Phase auf die andere auch-'b ei Stillstand und kleinen Drehzahlen sicher beherrschen und den Motor auch in diesem#Drebzahlbereich einwandfrei--betreiben, hie dann bei höheren Drehzahlen die vom Motor entwickelten Spannungen fUr. die natürliebe Stromwendung ausreichen. Die Fremd-Iidecheinrichtung kann dabei stößfrei abgeschaltet werden, v-eil ei-eh der Übergang von erzwungener nüf natürliche Stromwendung stetig vollzieht.Starting the motor 1 via the switch 8 corresponds to the usual starting of a squirrel cage rotor with full mains voltage. You have to accept the high starting currents that occur and you cannot influence the Drebza.1 of the motor in this area either. If you want to avoid both, you have to use a method with forced commutation; this is in Pig. 2 shown. Here lies parallel to the change: # ichtherbrücke 2 the release bridge 99 consisting of two tby-transistors, the center point of which is connected to the star point of the motor stator winding via the second winding of the transformer 10, which is externally supplied with mains voltage. In this way, one can also control the current reversal from one phase to the other - at standstill and low speeds, and operate the motor perfectly even in this speed range, i.e. the voltages developed by the motor for higher speeds. the natural reversal of the current is sufficient. The third-party lizard device can be switched off without bumps, v-eil ei-eh the transition from forced nüf natural current reversal takes place continuously.

Man kann den Motor auch als Generator- betreibenp wenn man den Weebe7elrichter in den Gleiebrichterbereich eteaert-und auf den umgepolten Gleichstromzwischenkreie (Pig.. 1)-zurückarbeiten läßt. Die Maschine läßt sich dann vorteilhaft für PrUfstände von Brennkraft - motoren (Gasturbinen) verwenden, wo sie vorwiegend zur RUckgewinnung der sonst verlorenen-- ßremaleistung dient$ gelegentlich aber auch als Motor arbeiten soll-. Da diese Brennitraftmototen meistens mit sehr bolien Drehzahlen arbeiten,bietet die'Verwendung einer völlig kontaktlosen-,Asynchronmaaabine mit Kurzschlußläuf-ert- ge'Zebenenfalle mit Massivläufer, hier besondere Vorteile.One can betreibenp when eteaert and the Weebe7elrichter in Gleiebrichterbereich (.. Pig 1) allows the polarity reversed Gleichstromzwischenkreie -zurückarbeiten the motor as a generator. The machine can then be beneficial for PrUfstände of internal combustion - engines (gas turbines) use, where they mainly used for recovery was otherwise verlorenen-- ßremaleistung $ but occasionally as an engine working target. Since these fuel engines mostly work with very high speeds, the use of a completely contactless, asynchronous machine with a short-circuit-run Z-plane trap with a solid runner offers special advantages here.

Die Blindleistung für die Stromwendung muß vom Kondensator 6 bzw., wenn dieser kurzzeitig abgeschaltet ist, vom Motor 1 durch das vom Läufer festgehaltene-Feld geliefert werden. Wenn der Kondensator 6 diese Blindleistung liefert, ist es angebracht, die Stromänderungegeschwind.Igkeit in den stromwendend,en Thyristoren durch eine Drosselspule-zu begrenzen. Diese Drosselspule 11 liegt, wie es Fig. 3 erkennen läßt, zweckmäßig zwischen den WechselstromanschlUssen des Wechselrichters 2 und dem Anschluß vom-Kotor 1 und Kondensator 6. Der Spannungsabfall an dieser Drosselspule, die für etwa 10 bis 15 % der Iotorleistune be.messen wird, bewirkt auch, daß die Spannungen und -Ströme am Motor möglichst wenig von der Sinusform abweichen, weil es sich hierbei um sogenannte 11gleichstromdeitige Stromwendungl' handelt -(vgl. Abraham und Koppelmann: Die Zwangskommutierung-us'vIet tTZ-A 87 (1966)t S. 649/658). Diese kommt aber durch die Drosselspule auf der Weabselstromseite des Wechselrichters zu Stan'de:. Eine ähnliche Wirkung kann man auch erzielen, wenn man die Kondeneatoren der Motorwicklung nicht unmittelbar paralle1.schaltet, sondern sie an eine Anzapfung der Wicklung etwa bei 80 oder 90 % anschließt.The reactive power for the current reversal must be supplied by the capacitor 6 or, if this is switched off briefly, by the motor 1 through the field held by the rotor. If the capacitor 6 supplies this reactive power, it is appropriate to limit the current change speed in the current reversing thyristors by means of a choke coil. This choke coil 11 is, as Fig. 3 shows, expediently between the AC connections of the inverter 2 and the connection from the motor 1 and capacitor 6. The voltage drop across this choke coil, which is measured for about 10 to 15% of the Iotor power , also has the effect that the voltages and currents on the motor deviate as little as possible from the sinusoidal shape, because this is what is known as a direct current reversal (cf.Abraham and Koppelmann: Die Zwangskommutierung-us'vIet tTZ-A 87 (1966)) t p. 649/658). However, this comes from the choke coil on the AC power side of the inverter. A similar effect can also be achieved if the capacitors of the motor winding are not connected directly in parallel, but instead are connected to a tap on the winding at around 80 or 90% .

Claims

Power converter multi-phase motor asynchronous design, in particular with a short-circuit rotor for controllable speeds, which is fed from an optionally controllable DC source via a multi-phase converter bridge, characterized in that the motor (1) capacitors (6) are connected in parallel, the Uber Converter (7) are controlled and cover the reactive power requirement of the motor (1) and the inverter bridge / 2, and that from a certain speed to the voltages present at the motor terminals are used to the individual branches of the inverter bridge (2) delete it so that it works like a grid-mated inverter without additional power--; means of use can be operated. 2..Stromrichter-Mehrohasenmotor'nach claim 1, characterized in that the stator winding for starting the motor (1) is connected to the three-phase network (5) . 3. Converter multi-phase motor according to claim 1, characterized in that an external extinguishing device of a known type is used for start-up and for operation at low speeds. 4. Stromrichtert - multiphase motor according to claim 1, characterized giekennzeiebnüt that the extinguishing device in particular contains an externally fed Einphas'en.umspanner - * 10), the secondary winding between the star point of the motor winding and the center of one consisting of two thyristors, the inverter bridge ( 2) extinguishing bridge (9) connected in parallel is in place. -5. Converter blelirphasenmoto-r nach'Anspruch 1 to-4, characterized in that the Ilechselrichtex _ # 2) is controlled according to the rotating field present in the motor. 6. converter - llehrphaserimotor according to claim 5, characterized in that the control device is a small synebron motor connected in parallel to the motor, for example with permanent magnet poles, the rotor drives rotating permanent magnets that generate the control pulses in fixed Hall probes. 7. Converter Jiehrphasenmotor according to claim 6, characterized in that the fixed Hall probes are adjustable to a favorable phase angle for the current reversal with respect to the pointer of the voltage present on the motor. 8. converter multi-phase motor according to claim 1 to 7, characterized in that the motor (1) by controlling the inverter # 2) works in the rectifier mode as a generator. 9. Stromrich.ter-l-gebrphasenmotor according to claim 1 to 8.- characterized. That on the Weebselstromseite of the Stromtriebters in series with the connected loads 7-motor, capacitor) a choke coil #ii) is switched on. 1-0. Power rectifier multi-phase generator according to Claim 1 to 9, characterized in that the capacitors (6) are connected to a tap, the leotor winding.