CH455923A - Umrichterschaltung zur Speisung eines Stromrichtermotors - Google Patents

Description

  Umrichterschaltung zur Speisung eines Stromrichtermotors    Die Erfindung betrifft eine Umrichterschaltung zur  Speisung eines Stromrichtermotors, bei der aus Span  nungsanteilen verschiedener Polarität stark     oberwellen-          haltige    sinusförmige, der gewünschten Motorfrequenz  entsprechende Spannungen erzeugt werden. Der Zweck  der Erfindung ist, den Oberwellenanteil in der Motor  spannung oder die durch Rückwirkung entstehenden  Oberwellen im Strom des speisenden Netzes oder beides  herabzusetzen.  



  Stromrichtermotoren werden in beiden Drehrichtun  gen von der Frequenz 0 bis zur     Nennfrequenz    des Mo  tors betrieben. Meist handelt es sich um Asynchron  motoren, deren Drehzahl durch die Frequenz der ange  legten Spannung gesteuert wird. Es genügt hierbei nun  nicht allein die Frequenz zu ändern, sondern man muss  auch berücksichtigen, dass der     Fluss    im Luftspalt der  Maschine sich mit der Frequenz     ändert.    Da bekanntlich  mit sinkender Frequenz der     Fluss        grösser    wird, ist es       erforderlich,    mit sinkender Frequenz auch die Spannung  zu verkleinern, derart, dass das Produkt aus Spannung  und Periodendauer konstant bleibt (gleiche Spannungs  zeitfläche).  



       Die    zur Speisung des Motors     erforderliche    Wechsel  spannung kann durch eine Umrichterschaltung gewon  nen werden, die ohne oder mit Gleichstromzwischenkreis  arbeitet. Es ist nun bekannt geworden, bei einer Schal  tung mit Gleichstromzwischenkreis ein Verfahren anzu  wenden, bei dem die Steuerung des Wechselrichters  durch Überlagerung einer dreieckförmigen Spannung  mit einer Frequenz, die höher     als    die höchste Motor  frequenz ist, und einer der gewünschten Motorfrequenz  entsprechenden sinusförmigen Spannung erfolgt.

   Aus  diesen beiden Komponenten wird eine annähernd     sinus-          förmige    Spannung an den Motor gelegt, welche zugleich  mit der gewünschten Frequenz eine gleichbleibende  Spannungszeitfläche besitzt.  



  Dieses bekannte Verfahren sei anhand der Fig. 1  näher beschrieben: Aus dem Gleichstromnetz 4, welches  beispielsweise der Gleichstromzwischenkreis eines Um  richters sein kann, wird über die Wechselrichteranord-    nung 5 der Motor 6 gespeist. Das Gleichstromnetz be  sitzt den Pluspol P, den Minuspol N und den Nulleiter 0.  Vom Motor 6 sind alle drei Phasen gezeichnet: dagegen  ist von der Wechselrichteranordnung nur eine einzige  Phase genauer dargestellt. Die übrigen Phasen sind ent  sprechend an die Gleichspannungsquelle 4     anzuschlies-          sen.    Auch besondere Massnahmen für die Kommutierung  sind nicht dargestellt. Die Wechselrichteranordnung be  steht aus einer     Antiparallelschaltung    von gesteuerten und  ungesteuerten Stromrichterventilen.

   Bei den bekannten  Anordnungen ist eine einzige solche Wechselrichteran  ordnung, welche Wechselrichtergruppe 5 genannt wer  den soll, vorhanden. Die Steuerung erfolgt nun über ein  Mischglied 3, das die beiden aus den Geräten 1 und 2       erzeugten    Spannungen vergleicht. Im Gerät 1 wird die  beispielsweise gleichschenklig dreieckförmige Spannung  u1 erzeugt, im Gerät 2 die sinusförmige Spannung u2,  welche die verlangte Motorfrequenz besitzt. u1 besitzt  eine Frequenz, welche höher als die höchste Motor  frequenz ist. Wenn nun u2 kleiner als u1 ist, entsteht im  Mischglied eine positive, im     umgekehrten    Falle eine  negative Spannung, wodurch mittelbar die gesteuerten  Stromrichterventile jeder Phase gesteuert werden.

   Auf  diese Weise erhält der Motor eine Spannung UPh0 gegen  über dem Mittelleiter O des Gleichstromnetzes. Diese  Spannung ist aus rechteckförmigen Teilen zusammen  gesetzt, welche infolge der verschiedenen Breiten eine       sinusförmige    Grundwelle enthält. Diese Spannung besitzt  starke Oberwellen. Man kann nun aus dieser Spannung  noch die Spannung     UPhm        zwischen    einer Phase und dem  Mittelpunkt M des Motors ableiten. Diese ist ebenfalls  in     Fig.    1 dargestellt.

   Ist der Punkt M nicht geerdet, so  ergibt sich die dargestellte Spannung; ist er aber geerdet,  so wäre     UPhm    =     UPho.    Die Spannung des Punktes M ge  gen Erde O ist ebenfalls dargestellt und mit     Umo    be  zeichnet. Man erkennt, dass diese Spannung die Grund  welle nicht mehr enthält, da diese sich ja bekanntlich im       Drehstromsystem    aufhebt, wohl aber alle Oberwellen,  welche in den Motorwicklungen jeder Phase in gleicher  Richtung und Phase vorhanden sind.      Diese     Oberwellen    wirken sich     für    die Wirkungsweise  des Motors,     insbesondere    den     Wirkungsgrad    ungünstig  aus.

   Ausserdem entstehen auch im Strom auf der Gleich  spannungsseite der Stromrichter solche Oberwellen, wel  che wieder     rückwärts    auf die Wechselspannung zurück  wirken, aus der die     Gleichspannung    gewonnen worden  ist. Diese Oberwellen bedeuten eine Beunruhigung des  speisenden     Drehstromnetzes.     



  Es stellt sich nun die Aufgabe, diese Oberwellenan  teile möglichst weitgehend zu verringern, um die er  wähnten Nachteile zu vermeiden.  



  Dies geschieht bei einer bekannten Anordnung  (schweiz. Pat. 420 365) in einer Umrichterschaltung mit  Gleichstromzwischenkreis dadurch, dass je Phase meh  rere Wechselrichtergruppen in beliebiger Schaltung ver  wendet werden, die zu verschiedenen Zeiten und derart  gesteuert werden, dass die Oberwellen sich mindestens  zum Teil gegenseitig aufheben.  



  Der Grundgedanke dieser Anordnung ist in der  Fig. 2 dargestellt, in der nur der Wechselrichterteil des  Umrichters gezeigt ist. Als Beispiel sind zwei Wechsel  richtergruppen 5 parallel angeordnet. Die Wechselrich  tergruppen sind vereinfacht durch ein Kastensymbol dar  gestellt. Jeder Kasten besitzt die Schaltung, wie-sie durch  die Position 5 in der Fig. 1 genauer gezeigt ist. Für jede  Phase sind nun zwei Wechselrichtergruppen 5 parallel  geschaltet. Sie werden beide aus dem     Gleichstromnetz    4  gespeist. Gesteuert werden sie beide wieder durch die  Mischglieder 3. Wechselstromseitig sind beide Wechsel  richtergruppen 5 über     eine    Drosselspule 7 zusammen  geschaltet, die     ähnlich    wie eine Saugdrossel in Gleich  richteranordnungen wirkt.

   Die Mitte dieser Drosselspule  ist mit der einen     Phase    des Motors 6 verbunden. Jede  Wechselrichtergruppe besitzt nun je ein Mischglied 3, 1  und 3, 2, welche, wie in der Fig. 1 das Mischglied 3,  durch die Geräte 1 und 2 gespeist werden. Im Gerät 2  wird die sinusförmige Spannung u2 erzeugt, die wie in  der Fig. 1 der gewünschten Motorfrequenz entspricht.  Diese Spannung ist in beiden Geräten gleich und besitzt  auch die     gleiche    Phase. Dagegen ist die Phase der     drei-          eckförmigen    Spannung     u,    bei beiden verschieden. Die       Frequenz    und die Höhe     sind    dagegen gleich. Im Beispiel  ist eine Phasenverschiebung von l80  gewählt.  



       Hierdurch        kann        man    die     Oberwelligkeit    wesentlich  herabsetzen. Die     Anordnung    besteht hierbei also aus  zwei Wechselrichterschaltungen verschiedener Polarität.  Man kann nun eine Umrichterschaltung dadurch errei  chen, wenn man die     zugeführte    Wechselspannung als  eine dauernd die Polarität wechselnde Gleichspannung  auffasst, wobei abwechselnd die Polarität der einen  Halbwelle umgedreht wird und     dann    die der anderen       Halbwelle.    Die zugehörige Schaltung ist beispielsweise  in der     Patentschrift    424 963 beschrieben.

   Dort ist ge  zeigt, dass sich aus zwei Wechselrichterschaltungen ver  schiedener Polarität eine Umrichterschaltung erhalten  lässt, welche ohne Gleichstromzwischenkreis unmittelbar  aus einem Wechselspannungsnetz gespeist wird. Die am  Motor entstehende Kurvenform ist hierbei     ähnlich    wie  bei einer Wechselrichterschaltung aus Gleichstromnetzen  mit umkehrbarer Polarität. Man     kann    also     mit        ähnlichen          Mitteln    die     Oberwelligkeit    im gespeisten Netz durch  zweckentsprechende     Schaltung    und Steuerung erreichen.  



  Insbesondere ergibt sich dabei, dass durch die Drei.  phasigkeit eines Drehstromnetzes weitere Mittel zur Ver  fügung stehen, um die Oberwelligkeit zu     verringern.    Es  wird daher     erfindungsgemäss    vorgeschlagen, dass die  Steuerspannungen abhängig von jeder Phase des speisen-    den Netzes eine andere Phasenlage haben, derart, dass  die erzeugten     Oberwellen    im speisenden Netz verringert  werden.  



  Die Fig. 3 bis 5 erläutern die Erfindung beispiels  weise genauer. In der Fig. 3 wird der Motor 20 über  Umrichterschaltungen 11, 12, 13 aus dem Wechselspan  nungsnetz RST gespeist. Jede Umrichterschaltung ist  hierbei an eine verkettete Spannung des Wechselspan  nungsnetzes angeschlossen und besteht aus mehreren  Umrichtergruppen. Die Steuerung erfolgt in gleicher  Weise wie beider Gleichspannungsspeisung in Fig. 2. In  der Fig. 4 ist das Prinzip der Steuerung dargestellt. Es  werden hierzu zwei Spannungen verwendet, eine etwa  sinusförmige Wechselspannung kleinerer Frequenz und  eine dreieckförmige Wechselspannung höherer Frequenz.

    Bei dem     Schnittpunkt    beider Spannungen     U,    und     U2     wird ein Steuerbefehl derart gegeben, dass beispielsweise  aus der zugeführten verketteten Spannung URS abwech  selnd Teile in der einen und in der anderen Polarität       herausgeschnitten    werden,     also    in     gleicher    Weise wie in  der Fig. 1 aus der zugeführten Gleichspannung. Es ent  steht dann zwischen Motormittelpunkt und Motorphase  die abwechselnd positive und negative Spannung UPh0.  Diese enthält als Frequenz die     Frequenz    der Spannung       U2    und die Frequenz des speisenden Netzes.

   Rechnet  man diese genauer durch, so ergeben sich in der ge  speisten Spannung Komponenten aus der Summe und  aus der Differenz beider Frequenzen.  



  Nach diesem Prinzip ist nun der in der Fig. 3 ge  zeigte Stromrichtermotor 20 gesteuert. Die Steuerspan  nungen werden nun über die     Steuereinrichtungen    14, 15  und 16 an die Tore der Stromrichter 11, 12 und<B>13</B> ge  bracht. Wenn man die Phase der Steuerspannungen für  die drei Umrichtereinrichtungen ändert, kann man eine       Verringerung    der     Oberwelligkeit    erreichen. Die Span  nung     U,    und     U2    werden je um 120  gegeneinander ver  setzt (17, 18, 19 und 21, 22, 23).  



  Man erreicht hierbei     nicht    nur, dass die     Oberwellig-          keit    stark herabgesetzt wird, sondern auch, dass Steuer  spannungen der bereits erwähnten zwei Frequenzen,       nämlich    der     Summe    und der     Differenz    der     zugeführten     Frequenzen des speisenden Netzes und der sinusförmigen  Steuerspannung     U2,    so verschoben werden, dass nur ent  weder die     Summe    oder die     Differenz    ein Drehfeld im  Motor bildet.

   Denn um eine     bestimmte        Geschwindigkeit     vorzuschreiben, darf am Motor die Spannung nur einer       einzigen    Frequenz ein Drehfeld bilden. Dies ist     mit    der  beschriebenen Anordnung leicht zu erreichen.  



  In der     Fig.    5 ist eine andere Anordnung gezeigt, bei  der je Phase der verketteten Spannung des speisenden  Netzes     RST    zwei     Teil-Umrichterzweige    24 und 25 vor  gesehen     sind.    Diese kann man nun mit einer Steuerspan  nung     U,    steuern, welche bei jeder Phase des Wechsel  stromnetzes gegeneinander um l80  verschoben ist.  Hierbei     können    die     Oberwellen    sich gegeneinander auf  heben.  



  Die Steuerspannungen verschiedener Phasen des       Wechselstromnetzes    sind auch hier um 120  gegenein  ander     cyclisch    verschoben.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Umrichterschaltung zur Speisung eines Stromrichter motors, bei der aus Spannungsanteilen verschiedener Polarität stark oberwellenhaltige sinusförmige, der ge wünschten Motorfrequenz entsprechende Spannungen erzeugt werden, und bei der zur Verringerung der Ober- welligkeit je Phase mehrere Umrichtergruppen verwen det werden, die zu verschiedenen Zeiten gesteuert wer den, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerspannun gen abhängig von jeder Phase des speisenden Netzes eine andere Phasenlage haben, derart, dass die erzeugten Oberwellen im speisenden Netz verringert werden.

   UNTERANSPRUCH Umrichterschaltung nach Patentanspruch mit meh reren Teilumrichterzweigen je .Phase des speisenden Netzes, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerspan nungen der Umrichterzweige jeder Phase verschiedene Phasenlagen besitzen.