Stromrichter-Induktionsmaschine Die Erfindung betrifft eine Stromrichter-Induktionsmaschinemit einer Ankerwicklung, deren Wicklungsanschlüsse über gesteuerte Ventile einesStromrichterx mit einem Gleichstromzwischenkreis verbunden sind, der an eine Gleichstrnmquelleoder über einen Gleichrichter an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist und Verfahrenzum Betrieb der Stromrichter-Induktionsmaschine.Converter induction machine The invention relates to a converter induction machinewith an armature winding, the winding connections of which are controlled by valvesStromrichterx are connected to a direct current intermediate circuit, which is connected to a direct current sourceor connected to an AC power source via a rectifier and methodto operate the converter induction machine.
Stromrichtermaschinen, die über einen Stromrichter mit einem geglättetenGlhstromzwischenkreis verbunden sind, sind bekannt. Es sind die Vicklungsanschlüssedes Ankers der Stromrichtermaschine über zyklisch fortschreitend gesteuerte, stromzuführendeund stromableitende Ventile eines zweckmäßig in Brückenschaltung ausgeführten Stromrichtersmit zwei vom Gleichstromzwischenkreis zu den beiden Leitungsschienen des Stromrichtersführenden Hauptleitern verbunden. Der Anker kann mit einer mehrphasigen Stern-,Polygon- oder Gleichstromankerwicklung gewickelt sein. Der Gleichstromzwischenkreiskann an ein Gleichstromnetz oder auch an ein ein- oder mehrphasiges Wechselstromnetzüber einen Gleich- und eventuell einen Wechselrichter angeschlossen sein. Die Stromrichterventilekönnen einzeln gezündert, müssen aber über eine einzige Löscheinrichtung gelöschtwerden, wodurch in der Ankerwicklung Ströme fließen können, die ein magnetischesDrehfeld erregen, das im Zusammenwirken mit den in der Läuferwicklung induziertenStrömenein Drehmoment hervorruft. Eine selbsttätige Ablösung der einzelnen Stromrichterventileist nur möglich, wenn jedes einzelne Ventil eine besondere Kommutierungseinrichtungerhält, was sehr kostspielig ist. Es besteht die Aufgabe, diesen Nachteil zu überwinden.Power converter machines that have a power converter with a smoothedGlow current intermediate circuit are connected are known. It's the Vicklungs connectionsof the armature of the converter machine via cyclically progressively controlled, current-supplyingand current-diverting valves of a power converter expediently designed in a bridge circuitwith two from the DC link to the two conductor rails of the converterleading executives connected. The anchor can be equipped with a multiphase star,Polygon or DC armature winding be wound. The DC linkcan be connected to a direct current network or to a single or multi-phase alternating current networkbe connected via a rectifier and possibly an inverter. The converter valvescan be ignited individually, but must be extinguished using a single extinguishing deviceas a result of which currents can flow in the armature winding, which have a magneticExcite the rotating field, which interacts with that induced in the rotor windingStreamcauses a torque. An automatic replacement of the individual converter valvesis only possible if each individual valve has a special commutation devicegets what is very expensive. The task is to overcome this disadvantage.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem derbeiden Hauptleiter, die den Gleichstromzwischenkreis mit dem Stromrichter verbinden,ein gesteuertes Hauptventil angeordnet ist, das im Takt mit der Zündfrequenz desStromrichters zündbar und mittels einer Kommutierungseinrichtung löschbar ist, wobeidie Zündfrequenz des Stromrichters mit einer Steuereinrichtung einstellbar ist.Die Steuerung dieser Anordnung geschieht durch kurze Steuerstromstöße einer hiernicht dargestellten für stellbare Frequenz eingerichteten Steuerungseinrichtunggegen das Hauptventil und gleichzeitig in rhytmischer Reihenfolge gegen wenigstensein stromführendes und dagegen räumlich versetzt gegen wenigstens ein stromableitendesStromrichterventil. Der das Hauptventil durchströmende Arbeitastrom wird nach jederZündung mittels einer zwischen die beiden Hauptieiter geschalteten,aus Ladeventil,Ladedrossel und Löschkondensator bestehenden Ladeeinrichtung und einem von der Steuerungseinrichtunggesteuerten gegen die Kathode des Hauptventils gerichteten Löschventil gelöscht.According to the invention this object is achieved in that in one of thetwo main conductors that connect the DC link with the converter,a controlled main valve is arranged, which is in step with the ignition frequency of theConverter can be ignited and deleted by means of a commutation device, whereinthe ignition frequency of the converter can be set with a control device.The control of this arrangement is done by short control current surges one herecontrol device not shown set up for adjustable frequencyagainst the main valve and at the same time in rhythmic order against at leasta current-carrying one and, on the other hand, spatially offset from at least one current-carrying oneConverter valve. The working flow flowing through the main valve increases after eachIgnition by means of a loading valve connected between the two main conductors,Charging choke and extinguishing capacitor existing charging device and one of the control devicecontrolled extinguishing valve directed against the cathode of the main valve.
Durch diese Löschung des Arbeitsstromes werden auch alle Stromrichterventilestromlos und erhalten damit ihre Sperrfähigkeit zurück, bis beim nächsten Spannungsstoßder Steuerung die zyklisch folgenden Ventile gezündert werden. Während also dasHauptventil nach jedem Steuerstoß gezündet und kommutiert wird, werden zyklischfortlaufend immer nur einzelne Stromrichterventile gezündet, wobei stets gleichzeitigmindestens ein stromzuführendes und ein stromableitendes Ventilbrennenmuß. Auf diese Weise erregen die Ströme der Stromrichterventile ein umlaufendesmagnetisches Feld, das in der Läuferwicklung Ströme induziert, die zusammen mitdem magnetischen Drehfeld ein mechanisches Drehmoment entwickeln, das der Steuerfrequenzentsprechend umläuft und den Läufer mitzieht.This deletion of the working current also causes all of the converter valvesde-energized and thus regain their blocking capability until the next voltage surgethe control the cyclically following valves are ignited. So while thatThe main valve is ignited and commutated after each control pulse are cyclicalcontinuously only individual converter valves ignited, always at the same timeat least one current-supplying and one current-dissipating valveburngot to. In this way, the currents of the converter valves excite a circulating onemagnetic field that induces currents in the rotor winding, which together withthe rotating magnetic field develop a mechanical torque that the control frequencyruns around accordingly and pulls the runner along.
Vorzugsweise liegt in einem der Hauptleiter eine Glättungsdrossel,der ein gesteuertes Ventil parallelgeschaltet ist.A smoothing choke is preferably located in one of the main conductors,to which a controlled valve is connected in parallel.
Das der Glättungsdrossel parallel liegende gesteuerte Ventil wirdstets gleichzeitig mit dem Hauptventil ein- und ausgeschaltet. So wird bei jedemSpannungsstoß der Steuerung die Glättungsdrossel kurzgeschlossen und damit die InduktiviXtä6t+ des Gleichstromzwischenkreises verringert, wodurch der s+9Qc strom vergrößertund auch das Drehmoment der Anordnung vergrößert wird.The controlled valve lying parallel to the smoothing throttle isalways switched on and off at the same time as the main valve. So it is with everyoneVoltage surge of the control, the smoothing choke short-circuited and thus the inductivity+ of the DC link is reduced, which increases the s + 9Qc currentand also the torque of the assembly is increased.
Vorteilhaft ist es, für eine synchron laufende Stromrichtermaschineantiparallel zu jedem Stromrichterventil eine Blindstromdiode zu schalten. Dadurchkann der große Blindleistungsbedarf dieser Anordnung ausgeglichen werden. Über dieBlindstromdioden wird während der Löschzeiten Blind strom in den Gleichstromzwischenkreiszurückgeleitet, d.h. die Blindströme der Ankerwicklung abgeleitet.It is advantageous for a synchronously running converter machineto connect a reactive current diode anti-parallel to each converter valve. Through thisthe large reactive power requirement of this arrangement can be compensated for. About theReactive current diodes is reactive current in the DC link during the quenching timesreturned, i.e. the reactive currents of the armature winding are diverted.
Der Läufer der Maschine kann ein einfacher Kurzschlußläufer mit Stabwicklungoder anderer Kurzschlußwicklung sein.The rotor of the machine can be a simple squirrel-cage rotor with a bar windingor other short-circuit winding.
Bei einem vorteilhaften Verfahren zum Betrieb der Stromrichter-Induktionsmaschinewerden die gesteuerten Stromrichterventile zyklisch fortschitend in der Drehrichtungdes Ankerfeldes gezündet. Zur Bremsung der laufenden Maschine und zur Strom-rückgewinnung kann die Zündungsfrequenz des Hauptventils und damitder gesteuerten Stromrichterventile kleiner als die Drehzahl des Läufers gehaltenwerden.Zur Umkehr der Drehrichtung des Ankerdrehfeldes kann die zyklische Reihenfolgeder Zündung der gesteuerten Stromrichterventile umgekehrt werden.In an advantageous method for operating the converter induction machine, the controlled converter valves are cyclically and progressively ignited in the direction of rotation of the armature field. For braking the running machine and for power recovery, the ignition frequency of the main valve and thus the controlled converter valves can be kept lower than the speed of the rotor. To reverse the direction of rotation of the armature rotating field, the cyclical sequence of ignition of the controlled converter valves can be reversed.
Vorteilhaft ist es, zur Vervierfachung der Pulszahl der Stromstößedes Ankerstromes in einer Umdrehung des Läufers gleichzeitig ein stromzuführendesund zwei stromableitende oder ein stromableitendes und zwei stromzuführende Stromrichterventilezu zünden.It is advantageous to quadruple the number of pulses of the current surgesof the armature current in one rotation of the rotor is simultaneously a current-supplying oneand two current-dissipating or one current-dissipating and two current-supplying converter valvesto ignite.
Im folgenden wird die Erfindung mit zwei Ausführungsbeispielen, diein den Figuren 1 und 2 dargestellt sind, näher erläutert. In den Figuren sind imwesentlichen gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the following the invention with two embodiments, theare shown in Figures 1 and 2, explained in more detail. In the figures are imessentially identical components are provided with the same reference numerals.
In Fig. 1 ist eine sechsphasige Stromrichter-Induktionsmaschine schematischdargestellt, die über einen Gleichstromzwischenkreis an ein Gleichstromnetz angeschlossenist. Von der Gleichstromleitung 50 führt ein Schalter 39 in einen mittels Glättungskondensator37 und Glättungsdrossel 36 gegelätteten Gleichstromzwischenkreis 40. Für die folgendeBetrachtung sei die an sich gleichgültige Polarität in beiden lieitungsrichtungenfestgelegt. Es wird angenommen, daß der Hauptleiter 34 zum Stromrichter positivund der andere Hauptleiter 35 negativ sei. In den Hauptleiter 34 ist hier die Glättungsdrossel36 eingebaut, der ein gesteuertes Ventil 27 parallelgeschaltet ist. Weiterhin istin den Hauptleiter 34 das gesteuerte Hauptventil 20 eingebaut, das von der hiernicht dargestellten Steuerung ebenso, wie alle gesteerten Ventile des Stromrichtersin gleichem Taktgezündet werden kann. Zwischen die beiden Hauptleiter34 und 35 ist ein aus Ladeventil 23, Ladedrossel 24 und Kommutierungskondensator25 bestehende Kommutierungseinrichtung 30 für die Löschung des Hauptventils 20 geschaltet.Gegen die Kathode des Hauptventils 20 ist die Kathode eines mit der Kommutierungseinrichtung30 verbundenen Löschventils 21 gerichtet, das im Takt der Löschung gezündet wird,den ebenfalls die Steuerung gibt, die damit auch alle Stromrichterventile löscht.In Fig. 1, a six-phase converter induction machine is schematicallyshown, which is connected to a direct current network via a direct current intermediate circuitis. A switch 39 leads from the direct current line 50 into a smoothing capacitor37 and smoothing choke 36 smoothed direct current intermediate circuit 40. For the followingConsideration is the basically indifferent polarity in both directionsset. It is assumed that the main conductor 34 to the converter is positiveand the other main conductor 35 is negative. The smoothing choke is in the main conductor 34 here36 installed, to which a controlled valve 27 is connected in parallel. Furthermore isbuilt into the main conductor 34, the controlled main valve 20, which is herecontrol, not shown, as well as all controlled valves of the converterin the same rhythmcan be ignited. Between the two main leaders34 and 35 is a charge valve 23, charge throttle 24 and commutation capacitor25 existing commutation device 30 for extinguishing the main valve 20 switched.Against the cathode of the main valve 20, the cathode is one with the commutation device30 connected extinguishing valve 21, which is ignited in time with the extinguishing,which is also provided by the controller, which also deletes all converter valves.
Der in Brückenschaltung ausgeführte Stromrichter 33 erhält über seineLeitungsschiene 18 positiven Anschluß vom Hauptleiter 34. Von der Leitungsschiene18 gehen alle stromzuführenden gesteuerten Ventile 1 bis 6 aus und führen weiterzu den Ankerwicklungsanschlüssen ib bis 6b. Von denselben Ankeranschlüssen leitendie gesteuerten stromableitenden Ventile 7 bis 12 zur negativen Stromrichterschene19 und von dieser über den negativen Hauptleiter 35 in den Gleichstromzwischenkreis40 zurück. Die Blindstromdioden 1a bis 6a und 7a bis 12a führen jeweils Blindströmesowohl an die positive, wie an die negative Schiene des Stromrichters 33 und vondort 3Lo ") an den Gleichstromzwischenkreis 4+ ab.The converter 33, which is implemented in a bridge circuit, receives via itsLine rail 18 positive connection from main conductor 34. From line rail18 all current-supplying controlled valves 1 to 6 go out and continueto the armature winding connections ib to 6b. Run from the same anchor terminalsthe controlled current-diverting valves 7 to 12 to the negative converter19 and from this via the negative main conductor 35 into the direct current intermediate circuit40 back. The reactive current diodes 1a to 6a and 7a to 12a each carry reactive currentsto both the positive and the negative rail of the converter 33 and fromthere 3Lo ") to the DC link 4+.
Für die Fig. 1 sei ein Zündungsaugenblick angenommen, bei dem dasHauptventil 20, und die Stromrichterventile 1 und 10 gezündet sind. Der Maschinenstromfließt durch das Hauptventil 20 und die Glättungsdrossel 36 über die Stromrichterschiene18, daß stromzuführende Ventil 1 zum Ankerwicklungsanschluß 1b, dann durch die Ankerwicklungzum Ankeranschluß 4b, von dort über das stromableitende Ventil 10 zur Stromrichterschiene19 und von dort über den Hauptleiter 35 zum Gleichstromzwischenkreis 40 zurück.An ignition instant is assumed for FIG. 1, at which the main valve 20 and the converter valves 1 and 10 are ignited. The machine current flows through the main valve 20 and the smoothing choke 36 via the converter rail 18, that current-supplying valve 1 to the armature winding connection 1b, then through the armature winding to the armature connection 4b, from there via the current-dissipating valve 10 to the converter bar 19 and from there via the main conductor 35 to the DC link 40 back.
Wird jeweils nur ein stromzuführendes und ein stromableitendes Stromrichterventilgezündet, so zünden bei Rechtslauf des Ankerdrehfeldes der Reihe nach die stromzuführendenVentile 1...6 und gleichzeitig die stromableitenden Ventile 10, 11, 12...9. DasAnkerdrehfeld dreht sich dabei in sechs Rechtsimpulsen einmal um 3600. Bei Linkslaufmuß die Reihenfolge der Zündung umgekehrt vor sich gehen, also 1, 6, 5...2 und 7,12, 11. .8.Will only have one current-supplying and one current-dissipating converter valveignited, when the armature rotating field rotates clockwise, the current-carrying ones ignite one after the otherValves 1 ... 6 and at the same time the current-dissipating valves 10, 11, 12 ... 9. ThatThe armature rotating field rotates once by 3600 in six clockwise pulses. With counterclockwise rotationthe order of ignition must be reversed, i.e. 1, 6, 5 ... 2 and 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 Stromrichters33 zündet und löscht. Im allgemeinen genügt schon eine Verdopplung der gleichzeitigenZündung. Die günstigaten Verhältnisse ergeben sich bei diesem Verfahren für Rechtslaufin folgender Reihenfolge der gleichzeitigen Zündungen, wobei die Zahlen immer dieBezeichnungen der gleichzeitig gezündeten Stromrichterventile bedeuten und die ersteZahl vor dem Bindestrich ein stromzuführendes Ventil, die hinter dem Bindestrich3tromableitende 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), 6-96- (9 + 10).You can now increase the number of pulses of the armature current and rotating field,by having several current-supplying and current-dissipating valves of the converter at the same time33 ignites and extinguishes. In general, it is enough to double the number at the same timeIgnition. The most favorable conditions result with this procedure for clockwise rotationin the following order of simultaneous ignitions, with the numbers always theDesignations of the converter valves that are ignited at the same time mean and the firstNumber in front of the hyphen a power supply valve, the one after the hyphen3 Identify discharge valves: 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), 6-96- (9 + 10).
Ankerstrom und Ankerdrehfeld erhalten bei dieser Reihenfolge währendeiner Umdrehung um 3600 24 Pulse.Armature current and armature rotating field are maintained during this sequenceone revolution of 3600 24 pulses.
Für den Linkslauf ergibt sich die gleiche Pulszahl bei folgender Reihenfolgeder 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).The same number of pulses results for counter-clockwise rotation with the following sequence of valves to be ignited at the same time: 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 einDrehstromnetz dargestellt. Vom Drehstromnetz 50 führt ein Schalter 39 über eineGleich- und Wechselrichteranordnung 38 in einen Gleichstromzwischenkreis 40. Vondort führen zwei Hauptleiter 34 (positiv) und 35 (negativ) zum Stromrichter 33,an dessen Leitungsschienen 18 und 19 nur drei stromzuführende gesteuerte Ventile1, 2, 3 und drei stromableitende, gesteuerte Ventile 7, 8, 9 mit den antiparallelgeschaltetenBlindstromdioden 1a, 2a und 3a bzw. 7a, 8a und 9a angeschlossen sind. Die Glättungsdrossel36 ist beispielsweise im negativen Hauptleiter angenommen und ist mittels des gesteuertenVentils 27 überbrückt. Der positive Hauptleiter 34 führt durch das gesteuerte Hauptventil20 zur Stromrichterschiene 18 und dieses Hauptventil wird mittels der Kommutierungseinrichtungwie in Fig. 1 kommutiert. Die Ankerwicklung X und mit ihr der Stromrichter 33 sindhier einfacher als in Fig. 1 nur dreiphasig ausgeführt. Die Wirkungsweise dieserAnordnung ist dieselbe, wie nach Fig. 1, nur ist die Ankerwicklung hier nur drephasigund damit ergibt sich, daß der Phasenunterschied zwischen den Ankerwicklungsanschlüssennur 120 bis 2400 betragen kann. Den drei Ankeranschlüssen 1b bis 3b entsprechendwürde Ankerstrom und Ankerdrehfeld in einer Umdrehung nur 3 Pulse erhalten. Sollin diesem Falle die Ankerwicklung gleichmäßig belastet werden, so ergibt sich zwangsläufigein Schaltverfahren nach dem Muster von Fig. 1 indem man abwechselnd ein stromzuführendesund ein stromableitendes Ventil, dann ein stromzuführendes und zwei stromableitendeVentile schaltet usw. Man würde dannNeue Beschreibungsseite 8 nur drei Pulse während einer Umdrehungdes Drehfeldes erhalten und sehr große Schwankungen der Feldstärke. Führt man abergrundsätzlich 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 lautetfür 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.In Fig. 2, the connection of a three-phase armature winding to a three-phase network is shown. A switch 39 leads from the three-phase network 50 via a rectifier and inverter arrangement 38 into a direct current intermediate circuit 40. From there, two main conductors 34 (positive) and 35 (negative) lead to the converter 33, on whose line rails 18 and 19 only three current-supplying controlled valves 1, 2, 3 and three current-dissipating, controlled valves 7, 8, 9 are connected to the reactive current diodes 1a, 2a and 3a or 7a, 8a and 9a connected in anti-parallel. The smoothing throttle 36 is assumed, for example, in the negative main conductor and is bridged by means of the controlled valve 27. The positive main conductor 34 leads through the controlled main valve 20 to the converter rail 18 and this main valve is commutated by means of the commutation device as in FIG. 1. The armature winding X and with it the power converter 33 are simpler here than in FIG. 1, only three-phase. The mode of operation of this arrangement is the same as according to FIG. 1, except that the armature winding is only three-phase here, which means that the phase difference between the armature winding connections can only be 120 to 2400. Corresponding to the three armature connections 1b to 3b, armature current and armature rotating field would only receive 3 pulses in one revolution. If the armature winding is to be evenly loaded in this case, a switching process according to the pattern of FIG New description page 8 received only three pulses during one revolution of the rotating field and very large fluctuations in the field strength. If, however, the method as in FIG. 1 is carried out in principle, a pulse number of 12 is obtained if the ignitions are controlled according to the following series of numbers. The firing order for the right baptism is 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.The following applies to counter-clockwise rotation: 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 Figuren10 claims 2 figures
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