DE3150393A1

DE3150393A1 - Synchronous motor with a direct converter

Info

Publication number: DE3150393A1
Application number: DE19813150393
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 1000 Berlin Golde
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-12-16
Filing date: 1981-12-16
Publication date: 1983-07-21

Abstract

Instead of the normal endeavour to operate a synchronous motor which is supplied from a direct converter at a corresponding current and voltage phase (cos psi =1), in order to reduce the current load on the synchronous motor and on the direct converter, that is to say in order to achieve a smaller connected load overall, the motor is operated at a constant terminal voltage from no-load, accepting a phase angle between the current and the voltage. <IMAGE>

Description

Synchronmotor mit DirektumrichterSynchronous motor with direct converter

Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist in der Zeitschrift "Siemens-Energietechnik 2 (1980) Heft 5, Seiten 150 bis 153" beschrieben.Description The invention relates to a method according to the Preamble of claim 1. Such a method is in the journal "Siemens-Energietechnik 2 (1980) No. 5, pages 150 to 153 ".

Bei Verwendung von Synchronmaschinen als Antriebsmotor mit Speisung durch Direktumrichter muss die Steuer- und Regel einrichtung ausser den von der Gleichstrom-Technik her bekannten Aufgaben zusätzlich die Aufgabe des Kornmutators übernehmen. Das heißt in erster Linie, sie muss den Strombelag über dem Ankerumfang festlegen oder, mit den Begriffen der Drehstromtechnik, sie muss ein Drehstromsystem für die Ständerwicklung nach Frequenz, Phase und Amplitude erzeugen bzw. als Führungsgrösse vorgeben.When using synchronous machines as drive motor with supply by means of direct converters, the open-loop and closed-loop control equipment must be used in addition to the DC technology known tasks in addition to the task of the grain mutator take over. That means, first and foremost, it must have the current coating over the armature circumference or, in terms of three-phase technology, it must be a three-phase system for the stator winding according to frequency, phase and amplitude or as a reference variable pretend.

ner kommutator wirkt, vom Anker her gesehen, als Gleichrichter der induzierten Ankerspannung. Wenn es ihn nicht gibt, muss der Direktumrichter, bereits im Leerlauf, der induzierten Naschinenspannung nachgefiihrt werden; auch dazu wird ein Drehspannungssystem mit den genannten drei Kenngrössen benötigt.Seen from the armature, a commutator acts as a rectifier induced armature voltage. If it doesn't exist, the direct converter has to, already while idling, the induced machine voltage can be tracked; also becomes this a three-phase voltage system with the three parameters mentioned is required.

Der Kommutator erzeugt sich seine Stromwende-spannung durch Rotation mit Hilfe der Wendepole selbst. Der Stromwendespannung entspricht bei der Synchronmaschine die Ständerstreuspannung, und wenn ein mit der Gleichstrommaschine vergleichbares Betriebsverhalten erwartet wird, darf deren Zustandekommen nicht dem Zufall über- lassen oder dem Stromregler als Zusatzaufgabe aufgebürdet werden. Die Vorgabe der Ständerstreuspannung kann mit der Vorgabe der induzierten Spannung zusammengefasst werden, so dass nur noch die Klemmspannung vorgegeben wird.The commutator generates its current reversing voltage through rotation with the help of the reversing poles themselves. The commutation voltage corresponds to the synchronous machine the stator stray voltage, and if it is comparable to the DC machine Operating behavior is expected, its occurrence must not be left to chance. permit or the current regulator as an additional task. The specification of the stator stray voltage can be summarized with the specification of the induced voltage, so that only the clamping voltage is still specified.

Für einen Stromregler Verbleiben dann nur drei Aufgaben: das Aufbringen der Spannung für die ohm'schen Abfälle, die schnelle Verstellung bei Laststössen und die Korrektur der Fehler in der Spannungsvorgabe.There are only three tasks left for a current regulator: application the voltage for the ohmic waste, the quick adjustment in the event of load surges and the correction of errors in the voltage specification.

Die Erfindung bezweckt eine vorteilhafte Angabe der Führungsgrösse für die Klemmenspannung, die neben den Führungsgrössen für den Ständerstrom und den Polradstrom des Synchronmotors für dem Betrieb benötigt wird.The invention aims to provide an advantageous indication of the reference variable for the terminal voltage, which in addition to the reference variables for the stator current and the rotor current of the synchronous motor is required for operation.

Dabei ist vorausgesetzt, dass ein Geber vorhanden ist, der den Winkel zwischen Ständer-und Läuferachse nachseinem Sinus und Cosinus angibt. Weiterhin muss ein.It is assumed that there is an encoder that can set the angle between the stator and rotor axis according to its sine and cosine. Farther has to be.

Spannungsregler vorausgesetzt werden, dessen Ausgang in Analogie zum Gleichstromantrieb ein Mass für den magnetischen Fluss bzw. Magnetisierungsstrom darstellt.Voltage regulator are assumed, the output of which is analogous to the DC drive a measure of the magnetic flux or magnetizing current represents.

Schliesslich wird auch das Vorhandensein eines überlagerten Drehzahlreglers vorausgesetzt, dessen Ausgang - ebenfalls wie beim Gleichstromantrieb - ein Mass für das aufzubringende Drehmoment darstellt.Finally, there is also the presence of a superimposed speed controller provided that its output - also as with the direct current drive - is a measure represents the torque to be applied.

In Figur 1 ist ein vereinfachtes Ersatzschaltbild für eine mit der Winkelgeschwindigkeit # rotierende Synehroninaschine (unter Vernachlässigung der ohmschen Spannungsabfälle) gezeigt. An den Klemmen der Maschine liegt eine Spannung Vl1.In Figure 1 is a simplified equivalent circuit diagram for one with the Angular velocity # rotating synehronine machine (neglecting the ohmic Voltage drops). At the terminals of the machine is a voltage Vl1.

Durch den Ständer fliesst ein Strom # 15 der sich mit einem Polradstrom #p zu einem Strom #h (Stromn in Richtung des Hauptflusses) ergäpzt. Die dem Strom #h zugeordnete Spannung Vl h ergibt sich zu wobei Xh die Haptreaktenz der Maschine ist. Damit lässt sich für die Klemmenspannung Vl1 mit der Maschinenstreureaktanz X@ angeben: Bei dem- eingangs angegebenen, bekannten Verfahren wird der nach landläufiger Meinung optimale Betrieb des Synchromotors mit einem Liestungsfaktor cos#= 1 angestrebt, d.h. Ständerstrom und -spannung werden durch entsprechende Vorgabe der Führungsgrösser für den Direktumrichter in gleiche Phasenlage gebracht.A current # 15 flows through the stator, which is supplemented with a pole wheel current #p to form a current #h (currents in the direction of the main flow). The voltage Vl h assigned to the current #h results in where Xh is the haptic reactivity of the machine. This means that the machine leakage reactance X @ can be specified for the terminal voltage Vl1: In the known method mentioned at the beginning, what is popularly believed is the optimal operation of the synchronous motor with a power factor cos # = 1, ie stator current and voltage are brought into the same phase position by appropriately specifying the reference variable for the direct converter.

Die Lage der Spannungen und Ströme ist in einem Zeigerdiagramm in Figur 2 für einen bestimmten Be@a@tungsfall der Synchronmaschine bei einem Leistungsfaktor cos#=1 gezeigt. Die Spannung ist dabei gegenüber ihrem Leerlaufwert auf vermindert und der Strom entsprechend vergrössert. Mindestens in gleichem Masse vergrössert sich die geforderte Netzblirldleistung. In Wirklichkeit ist es wegen des kleineren Aussteuerungsgrades der Stromrichterventile des Direktumrichters noch mehr. Gestrichelt sind die Verhältnisse im Kipp-Punkt PK angedeutet.The position of the voltages and currents is shown in a vector diagram in FIG. 2 for a specific application of the synchronous machine with a power factor cos # = 1. The voltage is up compared to its no-load value decreased and the current increased accordingly. The required power supply increases at least to the same extent. In reality, it is even more because of the lower degree of modulation of the converter valves of the direct converter. The relationships at the tipping point PK are indicated by dashed lines.

Beim Betrieb des Motors mit cos # = 1 und konstantem Fluss wird also mit steigendem Drehmoment die Spannung verringert. Daraus resultiert eine erhöhte Beanspruchung für die Maschine, den Direktumrichter und fiir den dem @nrichter üblicherweise vorgeschalteten Transformator.When the motor is operated with cos # = 1 and constant flux, the voltage decreases with increasing torque. This results in an increased Stress for the machine, the direct converter and for the The transformer usually connected upstream of the converter.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese erhöhte Beanspruchung zu vermeiden, also die gleiche Leistung bei klenerer Bangrösse von Synchronmotor, Direktumrichter und Stromrichtertransformator und somit bei kleinerer Anschagleistung aufzubringen.The invention is based on the object of this increased stress to avoid, i.e. the same performance with a smaller size of synchronous motor, Direct converter and converter transformer and thus with a lower impact power to raise.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung bei dem eingangs angegebenen Verfahren durch das im Anspruch 1 gekenazeichnote Merkmal gelöst.This object is achieved according to the invention in the case of the one specified at the beginning Method solved by the feature in claim 1 gekenazeichnote.

Mit dem Betrieb der Maschine mit konstanter Spannung @@@ ein (geringer) Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung in Kauf genommen. Vorteilhafterweise werden die jedoch der Strom sowie Netzbelastung kleiner. Ausserdem i:-'t der Abstand vom Kippmoment vergrössert, d,h. der Betrieb ist insgesamt sicherer.With the operation of the machine with constant voltage @@@ on (lower) Phase angle between current and voltage accepted. Advantageously be However, the electricity and network load are smaller. Also i: - 't the distance from Tilting moment increased, i.e. the operation is generally safer.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the method according to the invention are characterized in the subclaims.

In Figur 3 ist ein Zeigerdiagramm der Ströme und Spannungen in Vergleich zu den Verhältnissen gemäss Fig.@ 2, gezeigt, kann es sich Anwendung der Erfindung ergibt. Vom Leerkann ist die Klemmenspannung trotz steigerder . Last stets kontakt gehalten. Im gezeigten Beispiel be@@@gt der aus @ 0,976 Das Kippmoment aber ist das doppelte von den in Figur 2 gezeigten Fall.FIG. 3 shows a phasor diagram of the currents and voltages in comparison to the relationships according to Fig. @ 2, shown, it can apply the invention results. The terminal tension is increasing from the empty can. Load always contact held. In the example shown, @@@ gt which is from @ 0.976 The overturning moment is twice that of the case shown in FIG.

Claims

Synchronous motor with direct converter claims 1. Method for Control of a synchronous motor, which with its terminals on a controllable Converter valves built-up direct converting is connected, with an encoder, the angle between the stator and rotor axis of the motor according to its sine and Cosine indicates, and a voltage regulator with superimposed speed regulator, marked through a torque-loaded operation of the motor with constant voltage.

20 Vrfahren according to claim 1, characterized in that as constant the terminal voltage to be maintained is the no-load voltage.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that that the controllers are each acted upon with a reference variable, which is determined by a computing circuit is specified in such a way that at a constant terminal voltage the power factor is changed depending on the torque.