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DE2445540C3 - Arrangement for controlling the speed of an asynchronous motor - Google Patents

Arrangement for controlling the speed of an asynchronous motor

Info

Publication number
DE2445540C3
DE2445540C3 DE19742445540 DE2445540A DE2445540C3 DE 2445540 C3 DE2445540 C3 DE 2445540C3 DE 19742445540 DE19742445540 DE 19742445540 DE 2445540 A DE2445540 A DE 2445540A DE 2445540 C3 DE2445540 C3 DE 2445540C3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
phase
asynchronous motor
converter
arrangement
inverter part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE19742445540
Other languages
German (de)
Other versions
DE2445540B2 (en
DE2445540A1 (en
Inventor
Ulrich Dr.-Ing. 1000 Berlin Putz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Licentia Patent Verwaltungs GmbH filed Critical Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority to DE19742445540 priority Critical patent/DE2445540C3/en
Publication of DE2445540A1 publication Critical patent/DE2445540A1/en
Publication of DE2445540B2 publication Critical patent/DE2445540B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE2445540C3 publication Critical patent/DE2445540C3/en
Expired legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
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    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Anordnung ist aus der DE-AS 12 49 987 bekannt.The invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1. Such Arrangement is known from DE-AS 12 49 987.

Bei dieser Anordnung handelt es sich um einen dreiphasigen Umrichter für die Drehzahlverstellung des dreiphasigen Asynchronmotors. Obwohl die Maschine als Käfigläufer preisgünstig ist. liegen die Kosten für den aus dem Umrichter und dem Asynchronmotor bestehenden Gesamtantrieb noch über denen eines drehzahlregelbaren Gleichstromantriebes, der aus einem netzgeführten Stromrichter und einem Gleichstrommotor besteht. Die hohen Kosten für einen Asynchronmaschinenantrieb sind durch die Aufwendungen für den Drehstromumrichter bedingt. Bei kleinen Leistungen (100 KW) teilen sich die Kosten für den Gesamtantrieb zu ca. 80% für den Umrichter und nur 20% für den Asynchronmotor auf. Einsparungen auf der Umrichterseite fallen also wesentlich stärker ins Gewicht als Verbilligungen des Motors.This arrangement is a three-phase converter for the speed adjustment of the three-phase asynchronous motor. Although the machine is inexpensive as a squirrel cage. is the cost of the The overall drive consisting of the converter and the asynchronous motor is higher than that of a variable-speed drive DC drive consisting of a line-commutated converter and a DC motor consists. The high costs for an asynchronous machine drive are due to the expenses for the Three-phase converter conditional. In the case of small outputs (100 KW), the costs for the entire drive are shared 80% for the converter and only 20% for the asynchronous motor. Savings on the converter side So are much more important than cheaper engines.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache und billige, aus einem Umrichter und einem Asynchronmotor bestehende, drehzahlsteucrbare Anordnung und ein geeignetes Verfahren zum Betrieb dieser Anordnung anzugeben.The object of the present invention is to provide a simple and cheap, from a converter and a Asynchronous motor existing, speed-controllable arrangement and a suitable method for operation to indicate this arrangement.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Anordnung der eingangs genannten Art durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention in an arrangement of the type mentioned by the im Claim 1 characterized features solved.

Diese Lösung ergibt für die Kombination eines Umrichters mit einem Asynchronmotor ein Kostenoptimum, insbesondere bei Leistungen zwischen 10 und 100 kW.This solution results in a cost optimum for the combination of a converter with an asynchronous motor, especially for powers between 10 and 100 kW.

Der Einsatz der Anordnung nach der Erfindung ist besonders günstig mit dem im Anspruch 2 angegebenen Steuerverfahren durchzuführen.The use of the arrangement according to the invention is particularly favorable with that specified in claim 2 Conduct tax proceedings.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungsfigur näher beschrieben r> werden.An embodiment of the invention will be described in more detail below with reference to the drawing figure r>.

Die Figur zeigt eine aus einem Umrichter und einer dreiphasigen Asynchronmaschine bestehende Antriebseinrichtung. The figure shows a drive device consisting of a converter and a three-phase asynchronous machine.

Der dargestellte Umrichter besteht aus einem an ein Drehstromnetz mit der» Phasen R, S, T angeschlossenen Gleichrichter 1, der über eine Glättungsdrossel 2 zwei in Reihe liegende Zwischenkreiskondensatoren 3, 4 auflädt. An den Zwischenkreiskondensatoren 3,4 ist ein Wechselrichter 5 angeschlossen, der im Gegensatz zur üblichen 6pulsigen Drehstrombrückenschaltung nur zwei Phasen, also vier Stromrichterzweige 51 bis 54 aufweist Dieser Umrichter speist einen beispielsweise als Käfigläufermotor ausgebildeten dreiphasigen Asynchronmotor 7 — oder auch eine Mehrzahl vonThe converter shown consists of a connected to a three-phase network with the »R, S, T phases Rectifier 1, which has two intermediate circuit capacitors 3, 4 in series via a smoothing choke 2 charges. An inverter 5 is connected to the intermediate circuit capacitors 3, 4, which in contrast to the The usual 6-pulse three-phase bridge circuit only has two phases, i.e. four converter branches 51 to 54 This converter feeds a three-phase, for example, designed as a squirrel cage motor Asynchronous motor 7 - or a plurality of

-" Asynchronmotoren.- "Asynchronous motors.

Die Stromrichterzweige 51 bis 54 bestehen aus löschbarer; Thyristoren, denen Dioden antiparallelgeschaltet sind. Die löschbaren Thyristoren sind üblicherweise aus der Parallelschaltung eines Thyristors mit der -'■> Reihenschaltung eines Löschkondensators und eines Löschthyristors aufgebaut.The converter branches 51 to 54 consist of erasable; Thyristors with diodes connected in anti-parallel are. The erasable thyristors are usually made of the parallel connection of a thyristor with the - '■> Series connection of a quenching capacitor and one Extinguishing thyristor constructed.

Durch den Fortfall einer Phase, d. h. zwei von sechs Brückenzweigen läßt; sich der Aufwand für den Umrichter stark mindern: Durch den Fortfall von V3 der Halbleiterelemente im Wechselrichter 5 verringert sich die Anzahl der Kühlkörper, Impulsübertrager, Gitterbeschaltung und Anoden-Kathodenbeschaltung sowie der Kanäle für Impulserzeugung, -formung und -verstärkung in der Steuerung auf 21'3.By omitting one phase, ie two of six bridge branches; The effort for the converter is greatly reduced: By eliminating V 3 of the semiconductor elements in the inverter 5, the number of heat sinks, pulse transformers, grid connections and anode-cathode connections as well as the channels for pulse generation, shaping and amplification in the controller are reduced to 2 1 ' 3 .

Obwohl sich die Typenleistung pro Zweig um 50% erhöht, verbleibt durch die Reduktion der Anzahl der Zweige auf 2Z3 noch eine wesentliche Kostenersparnis, sofern Thyristoren mit genügend hoher Schaltleistung zur Verfugung stehen. Das ist bei Typenleistungen unterAlthough the type output per branch increases by 50%, the reduction in the number of branches to 2 Z 3 still results in significant cost savings, provided thyristors with a sufficiently high switching capacity are available. This is below for type performances

1(1 ca. 100 kW und bei dem heutigen Stand der Thyristorschaltleistung immer der Fall. 1 (1 approx. 100 kW and always the case with the current level of thyristor switching capacity.

Die Steuerung des Umrichters erfolgt auf folgende Weise:
Wegen der Totzeiten, die für Wechselrichter auf ■ Thyristorbasis auf Mindestein- und ausschnltzeiten des Wechselrichters für die Umladung der den Thyristoren parallelgeschalteten Löschkondensatoren zurückzuführen sind, läßt sich die Spannung nur bis zu einer Ausgangsfrequenz von ca. 100 Hz durch Pulsen " verstellen. Bei höheren Frequenzen kann während der Stromflußzeit nicht mehrere Male ein- und ausgeschaltet werden, sondern es muß am Ende der Stromführung vorzeitig gelöscht werden. Im unteren Drehzahlbereich der Asynchronmaschine wird daher der Strom durch • Pulsbetrieb des Wechselrichters verstellt, wobei die Ausgangsströme des Wechselrichters 5 zwei sinusförmigen oder sinusformähnlichen um 120° versetzten Führungsgrößen nachgeführt werden. Regelt man nämlich durch Pulsen die Ströme in den an denThe converter is controlled in the following way:
Because of the dead times, which for inverters on a thyristor basis are due to the minimum cut-in and cut-out times of the inverter for recharging the quenching capacitors connected in parallel to the thyristors, the voltage can only be adjusted up to an output frequency of approx. 100 Hz by means of pulses can not be switched on and off several times during the current flow time, but it must be canceled prematurely at the end of the current flow. In the lower speed range of the asynchronous machine, the current is adjusted by • pulse operation of the inverter, whereby the output currents of the inverter 5 are two sinusoidal or sinusoidal-like reference variables offset by 120 °, because if you control the currents in the

■ ■ Ausgängen des Wechselrichters 5 angeschlossenen Phasen U-X und V-Y des Asynchronmotors 7 auf sinusförmigen Verlauf mit einem Phasenversatz von 120°, so stellt sich der Strom in der dritten, an die Verbindung der beiden Zwischenkreiskondensatoren, 3, 4 angeschlossenen Phase W-Z ebenfalls sinusförmig mit einem Phasenversatz von 240" ein. Der Phasenversatz zwischen den Phasenspannungen beträgt dabei 60°.
Im Bereich höherer Drehzahlen, in dem ein Pulsen■ ■ Outputs of the inverter 5 connected phases UX and VY of the asynchronous motor 7 on a sinusoidal course with a phase offset of 120 °, the current in the third phase WZ connected to the connection of the two intermediate circuit capacitors 3, 4 is also sinusoidal with a Phase offset of 240 ". The phase offset between the phase voltages is 60 °.
In the range of higher speeds, in which a pulsing

ir möglich ist, werden nach Erreichen eines nzwerts die Ausgangsspannungen durch vor-.öschen oder Abschalten der Phasen begrenzt, r Phasen versatz von 120° auf 60° umgestelltir is possible after reaching a nzwerts the output voltages are limited by pre-clearing or switching off the phases, r phase offset changed from 120 ° to 60 °

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines über einen Gleichspannungszwischenkreisumrichter gespeisten dreiphasigen Asynchronmotors, dessen in Stern geschaltete Phasenwicklungen an einem in Brückenschaltung geschalteten und die Ausgangsspannungen mit einem zeitlichen Phasenversatz abgebenden Wechselrichterteil des Umrichters angeschlossen sind, mit zwei parallel zur.i Eingang des Wechselrichterteils angeordneten, in Reihe geschalteten Zwischenkreis-Kondensatoren, d a durch gekennzeichnet, daß die Phasenanschlüsse U und V des Asynchronmotors (7) an die Wechselspannungsklemmen des als Zweiphasen-Brückenschaltung ausgebildeten Wechselrichterteils (5) und der Phasenanschluß IVdes Asynchronmotors (7) an die Verbindung der beiden Zwischenkreiskondensatoren (3,4) angeschlossen sind.1. Arrangement for controlling the speed of a three-phase asynchronous motor fed via a DC link converter, whose star-connected phase windings are connected to an inverter part of the converter that is connected in a bridge circuit and emits the output voltages with a temporal phase offset, with two arranged parallel to the input of the inverter part, Series-connected intermediate circuit capacitors, characterized in that the phase connections U and V of the asynchronous motor (7) to the AC voltage terminals of the inverter part (5) designed as a two-phase bridge circuit and the phase connection IV of the asynchronous motor (7) to the connection of the two intermediate circuit capacitors ( 3, 4) are connected. 2. Verfahren zum Betrieb der Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Frequenzstellbereich die Ausgangsströme des Wechselrichterteils durch Pulsbetrieb zwei sinusförmigen oder sinusformähnlichen um 120° versetzten Führungsgrößen nachgeführt werden, und daß im oberen Frequenzstellbereich nach Erreichen eines Stromgrenzwertes die Ausgangsspannungen durch vorzeitiges Löschen oder Abschalten der Phasen begrenzt werden, wobei der Phasenversatz von 120° auf 60° umgeschaltet wird.2. The method for operating the arrangement according to claim 1, characterized in that im lower frequency setting range, the output currents of the inverter part through pulse operation two sinusoidal or sinusoidal-like reference variables offset by 120 ° are tracked, and that the output voltages in the upper frequency setting range after a current limit value has been reached can be limited by prematurely deleting or switching off the phases, whereby the phase offset is switched from 120 ° to 60 °.
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