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Die Erfindung betrifft einen statischen Wechselrichter mit steuerbaren Ventilen, insbesondere zur Speisung eines Drehstromasynchronmotors mit variabler Frequenz, bei dem jedem abzulösenden Ventil ein durch den jeweils abzulösenden Laststrom aufgeladener Löschkondensator mit einem vor jeder Ablösung durchgeschalteten steuerbaren, den Löschkondensator umladenden Umschwingkreis über ein steuerbares Hilfsventil parallelgeschaltet ist. Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis in der in Fig. 1 gezeigten Schaltung sind schon lange, z. B. für HGÜ, bekannt. über einen mit einer Glättungsdrossel-Lg-versehenen Gleichstromzwischenkreis wird aus dem Primärnetz P einer bestimmten Frequenz (z. B. 50 Hz) und Phasenzahl (z. B. drei) ein Sekundärnetz S bzw. eine Last L, z.
B. eine elektrische Maschine--M--mit einer andern, vorzugsweise variablen Frequenz gespeist. Sowohl der bei der in Fig. 1 eingezeichneten Energierichtung E als Gleichrichter arbeitende Stromrichter --1--, als auch der dann als Wechselrichter arbeitende Stromrichter --II-- bestehen in der in Fig. l dargestellten Schaltung aus je sechs Thyristoren. Man spricht von einem netzgeführten Wechsel- bzw. Umrichter, wenn das Sekundärnetz selbst die zur Kommutierung des Stromrichters --II-- nötige induktive Blindleistung zur Verfügung stellen kann. Diese Bedingung ist erfüllt bei einer entsprechend übererregten Synchronmaschine als Last oder bei Speisung in ein von Synchronmaschinen in seiner Spannung gehaltenes Netz. Bei Netzführung werden Einrichtungen zur Zwangskommutierung nicht gebraucht.
Besteht die Last jedoch aus einer Asynchronmaschine oder einer Synchronmaschine bei ganz kleiner Drehzahl, dann kann die Führung des Stromrichters--II--nicht mehr von der Last herkommen. Es muss dann im allgemeinen mit Zwangskommutierung gearbeitet, d. h. eine Kommutierungsschaltung vorgesehen werden und man spricht von einem selbstgeführten Wechselrichter.
Die Erfindung betrifft eine solche Kommutierungsschaltung. Sie bringt unter anderem eine Verringerung des Gesamtaufwandes für die Kommutierungskondensatoren und erreicht zugleich, dass die Kommutierung auch im Leerlauf funktioniert, d. h., dass der Wechselrichter bzw. Umrichter"leerlauffest"ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Löschkondensator unterdimensioniert ist und ihm zum Schutz vor Überladung durch den abgelösten Laststrom über eine für diesen durchlässig gepolte Diode eine stromaufnehmende Gleichspannungsquelle oder Kapazität parallelgeschaltet ist. Dabei muss aber dieser Teil (Löschkondensator) doch so gross sein, dass bei der Höchstbelastung des Stromrichters der erforderlichen Freiwerdezeit des zu löschenden Thyristors in ausreichendem Mass Rechnung getragen ist.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist dieser Diode ein Widerstand parallel oder ein steuerbares Ventil antiparallel geschaltet.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand des in Fig. 2 der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, bei welchem ein Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis den Stator eines Drehstromasynchronmotors (DAM) vorzugsweise mit einer zwecks Drehzahlregelung in weiten Grenzen veränderlichen Frequenz speist.
Der über die Glättungsdrossel--Lg--mit Gleichstrom, insbesondere Gleichrichter-Gleichstrom gespeiste Wechselrichter besitzt hier sechs Hauptthyristoren--Tj bis T--in Brückenschaltung sowie sechs zugehörige Hilfsthyristoren--HTi bis HT6--, ebenfalls in Brückenschaltung. Den beiden Brückenhälften ist nur je eine Kommutierungsschaltung zugeordnet. Bei einer Mittelpunktschaltung kann also eine einzige Kommutierungsschaltung genügen.
Die Wirkungsweise der dargestellten erfindungsgemässen Kommutierungsschaltung ist folgende : Soll z. B. der
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Kommutierungsvorgängen immer in der gezeichneten Polarität aufgeladen ist, bei durch die Steuerung erfolgender Öffnung des Ventils (Umschwingthyristors)--Tj--vermöge der Induktivität der mit ihm einen Schwingkreis bildenden Drosselspule-LK-umgepolt und, etwa wenn er nach einer halben Periode des Umschwingvorganges seine maximale negative Spannung hat, der Hilfsthyristor--HTS--gezündet. Der eben genannte, die Löschbereitschaft des Kondensators--CK--ergebende Umschwingvorgang läuft entkoppelt vom Hauptstromkreis ab, stört diesen also nicht.
Da der Kondensator--CK--nur eine verhältnismässig kleine Kapazität besitzt, ist der Zeitbedarf für den Umschwingvorgang z. B. kleiner als 100 p. sec. Die bereits erwähnte Zündung des Hilfsthyristors--HTs--hat nun zur Folge, dass der Laststrom iL praktisch sofort in den Kondensator--Cj--fliesst und diesen in Richtung positiven Ladungszustandes führt. Diese Aufladung wird durch das Rückschwingen der Energie der Drossel--LK-- über die Diode--DU--noch beschleunigt.
Solange die Kondensatorspannung UCK noch negativ ist, liegt Sperrspannung am abzulösenden Thyristor --Ts--. Sobald die Kondensatorspannung UCK, der die Spannung an dem mit B bezeichneten Punkt entspricht, grösser wird als die Spannung im Punkt C, geht der Strom auf den Thyristor--Te--über, vorausgesetzt natürlich, dass dieser den erforderlichen Zündimpuls erhält. Eventuelle Verluste im Kondensator --CK-- werden durch das Ladegerät, bestehend aus einer Gleichstromquelle G und einem Ladethyristor --T-- oder/und einem Ladewiderstand R, in den Pausen zwischen zwei Kommutierungen ausgeglichen.
Erschwert wird die Kommutierung durch die im vorstehenden noch nicht beachtete Streuinduktivität La der Maschinenwicklung, für die im allgemeinen L, LK gilt und die, besonders bei grossen Strömen, eine überladung des Kondensators-CK--bewirken könnte. Deshalb ist bei bisher bekanntgewordenen
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Schaltungen die Kapazität des Kondensators-CK--sehr gross, besonders bei Speisung von herkömmlichen Asynchronmotoren, die grössere Streuinduktivitäten haben als Synchronmaschinen. Man kann zwar bei grosser Kapazität CK auf die Verwendung von"schnellen"Thyristoren, d. h. solchen mit kleiner Freiwerdezeit, verzichten, muss aber einen grossen Aufwand für den Kondensator--CK--in Kauf nehmen. Ausserdem kann bei kleinen Lastströmen nicht mehr schnell genug kommutiert werden.
Solche Schaltungen sind also nicht leerlauffest, zumindest, wenn man von der Möglichkeit der Zuhilfenahme eines kräftigen Ladegerätes absieht. Bei der dargestellten erfindungsgemässen Schaltung sind hingegen durch das erzwungene, über die Diode--DU-- erfolgende Rückschwingen der Spannung UCK auch ohne Laststrom unverzögerte Kommutierungen möglich.
Diese Schaltung ist also auch bei höherer Taktfrequenz absolut leerlauffest.
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Streuinduktivität La gespeicherte Energie, die während der Kommutierung zu Überspannung am Kondensator --CK-- führen würde, wird nämlich über die Diode-Dg--vom Kondensator-Cg--aufgefangen, der ein billiger Folienkondensator oder auch ein elektrolytischer Kondensator (Elko) sein kann. Die überschüssige Energie kann leicht über einen (nicht dargestellten) Wechselrichter ins Speisenetz zurückgeführt werden. Bei kleiner Streuinduktivität La und kleinen Leistungen wird man den Kondensator-CCg--nur mit einem Widerstand belasten, d. h. auf die Rückgewinnung der elektrischen Energie verzichten.
Wenn die vorkommenden Taktfrequenzen nicht zu hoch sind, kann man, wie schon gesagt und in Fig. 2 dargestellt, mit nur je einer Kommutierungsschaltung für die beiden Hälften der Brückenschaltung des als Wechselrichter arbeitenden Stromrichters --II-- (Fig. 1) auskommen. Dies gilt im allgemeinen auch dann, wenn es sich nicht um drei sondern um eine beliebige Zahl von Phasen handelt. Dementsprechend genügt für eine Mittelpunktschaltung beliebiger Phasenzahl ein einziger Kommutierungskreis.
Die erfindungsgemässe Kommutierungsschaltung hat unter anderem auch den Vorteil, dass sie ohne zusätzlichen Aufwand das Wiederzünden eines gerade gelöschten Thyristors erlaubt. Dies ist gerade bei der Steuerung von Drehfeldmaschinen für die Umkehrung der Phasenfolge beim Reversieren wichtig.
Es sei noch erwähnt, dass man die seine Löschbereitschaft ergebende Umladung des Kondensators
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(Fig. 2)PATENTANSPRÜCHE :
1. Statischer Wechselrichter mit steuerbaren Ventilen, insbesondere zur Speisung eines Drehstromasynchronmotors mit variabler Frequenz, bei dem jedem abzulösenden Ventil ein durch den jeweils abzulösenden Laststrom aufgeladener Löschkondensator mit einem vor jeder Ablösung durchgeschalteten steuerbaren, den Löschkondensator umladenden Umschwingkreis über ein steuerbares Hilfsventil parallelgeschaltet ist,
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