CH660432A5

CH660432A5 - TWO- OR MULTI-PHASE VOLTAGE CONVERTER.

Info

Publication number: CH660432A5
Application number: CH71683A
Authority: CH
Inventors: Karl Dr Dipl-Ing Schiftner; Hermann Dipl-Ing Agis
Original assignee: Elin Union Ag
Priority date: 1982-02-19
Filing date: 1983-02-09
Publication date: 1987-04-15
Also published as: ATA63982A; DE3304207A1; AT374311B

Description

Die Erfindung betrifft einen zwei- oder mehrphasigen Span-nungszwischenkreisumrichter mit einem netzseitigen ungesteuerten Gleichrichter, an dessen Ausgangsklemmen ein Glättungskondensator parallel geschaltet ist und einem lastseitigen Wechselrichter. The invention relates to a two-phase or multi-phase voltage intermediate circuit converter with a line-side uncontrolled rectifier, at whose output terminals a smoothing capacitor is connected in parallel and a load-side inverter.

Für drehzahlstellbare Antriebe mittlere Leistung werden in steigendem Mass wartungsarme Drehstromkäfigläufermotoren mit Umrichterspeisung verwendet. Stand der Technik sind Stromzwischenkreisumrichter mit Phasenfolgelöschung oder Spannungszwischenkreisumrichter. Es sind Spannungszwischen-kreisumrichterschaltungen bekannt, welche aus einem ungesteuerten Drehstrombrückengleichrichter mit Glättungskondensator bestehen, sowie einem zwangskommutierbaren Thyristorschalter im Längskreis und einer zugehörigen Freilaufdiode zur Spannungsstellung und einer dem Wechselrichter parallelliegenden Stromlöscheinrichtung für den eigentlichen Wechselrichter, der aus sechs steuerbaren Ventilen mit jeweils antiparallel geschalteten Dioden besteht. Speziell bei kleinen bis mittleren Ausgangsleistungen ist der hohe Bauteileaufwand des zwangskommutierbaren Thyristorschalters, der Freilaufdiode und einer separaten Stromlöscheinrichtung wegen der hohen Montage-und Bauteilekosten nachteilig. Low-maintenance three-phase squirrel cage motors with converter supply are increasingly being used for medium-speed drives. State of the art are intermediate circuit converters with phase sequence cancellation or voltage intermediate circuit converters. Voltage intermediate-circuit converter circuits are known, which consist of an uncontrolled three-phase bridge rectifier with smoothing capacitor, as well as a positively commutatable thyristor switch in the series circuit and an associated freewheeling diode for voltage setting and a current-erasing device for the actual inverter, which is parallel to the inverter and which consists of six controllable valves, each with antiparallel connected diodes . Especially with small to medium output powers, the high component expenditure of the positively commutatable thyristor switch, the freewheeling diode and a separate current-extinguishing device is disadvantageous because of the high assembly and component costs.

Aufgabe der Erfindung ist es einige Bauteile sowohl für den Spannungssteiler- als auch den Wechselrichterbetrieb doppelt zu verwenden, um eine Verminderung des Aufwandes zu erzielen. The object of the invention is to use some components for both the voltage divider and the inverter operation twice in order to reduce the effort.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem positiven Ausgang des Gleichrichters und der positiven Anspeiseklemme des Wechselrichters eine erste Kommutierungsdrossel und ein Hauptthyristor in Serie geschaltet sind und dass parallel zum Hauptthyristor eine antiparallel geschaltete erste Diode angeordnet ist, und dass an die positive Anspeiseklemme des Wechselrichters sowohl die Kathode des Hauptthyristors als auch die Anode eines Löschthyristors geschaltet sind und dass die Kathode des Löschthyristors über die Serienschaltung einer zweiten Kommutierungsdrossel und eines Kommutie-rungskondensatores an die negative Anspeiseklemme des Wechselrichters geschaltet ist und dass parallel zum Löschthyristor eine antiparallel geschaltete zweite Diode oder ein Thyristor angeordnet ist. The invention is characterized in that a first commutation choke and a main thyristor are connected in series between the positive output of the rectifier and the positive feed terminal of the inverter, and that an antiparallel connected first diode is arranged in parallel with the main thyristor, and that the positive feed terminal of the inverter Both the cathode of the main thyristor and the anode of a quenching thyristor are connected and that the cathode of the quenching thyristor is connected to the negative feed terminal of the inverter via the series connection of a second commutation choke and a commutation capacitor and that an anti-parallel connected second diode or a is connected in parallel with the quenching thyristor Thyristor is arranged.

Vorteilhaft ist die geringe Anzahl von Bauteilen, wodurch Bauteil-, Bestückungs-, Montage- und Kühlkörperkosten gesenkt werden und eine höhere Zuverlässigkeit erzielt wird. Ein weiterer Vorteil insbesondere bei kleineren Leistungen, ist die Möglichkeit rückwärtsleitende Thyristoren sowohl für den Gleichspannungssteller als auch die Stromlöscheinrichtung verwenden zu können, was eine weitere Kostensenkung und Vereinfachung des Aufbaus erlaubt. The small number of components is advantageous, as a result of which component, assembly, assembly and heat sink costs are reduced and greater reliability is achieved. Another advantage, especially with smaller powers, is the possibility of using reverse-conducting thyristors for both the DC voltage regulator and the current quenching device, which allows a further cost reduction and simplification of the structure.

Vorteilhaft ist auch die Möglichkeit, den Kommutierungsstrom in Abhängigkeit vom Laststrom verändern zu können, wodurch insbesondere die Kommutierungsverluste bei Entlastung verringert werden und der Wirkungsgrad verbessert wird. Another advantage is the possibility of being able to change the commutation current as a function of the load current, as a result of which, in particular, the commutation losses when relieved are reduced and the efficiency is improved.

Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der positiven und negativen Anspeiseklemme des Wechselrichters eine Serienschaltung eines Bremswiderstandes und eines Bremsthyristors geschaltet, dessen Anode zur positiven Anspeiseklemme des Wechselrichters hingeschaltet ist. According to a further development of the invention, a series circuit of a braking resistor and a braking thyristor is connected between the positive and negative feed terminal of the inverter, the anode of which is connected to the positive feed terminal of the inverter.

Durch den steuerbaren Bremskreis wird trotz der nicht rückspeisefähigen netzseitigen Gleichrichterbrücke die Möglichkeit geschaffen, den Antrieb vorteilhaft gezielt abbremsen zu können. The controllable brake circuit, despite the non-regenerative line-side rectifier bridge, creates the possibility of advantageously being able to brake the drive in a targeted manner.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist, dass die erste Kommutierungsdrossel mit der zweiten Kommutierungsdrossel magnetisch gekoppelt ist. Another embodiment of the invention is that the first commutation choke is magnetically coupled to the second commutation choke.

Die Verkoppelung beider Kommutierungsdrosseln erlaubt vorteilhaft die Verringerung der Gesamtabmessungen der beiden Kommutierungsdrosseln. The coupling of the two commutating chokes advantageously allows the overall dimensions of the two commutating chokes to be reduced.

Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand der Figurenbeschreibung, bei der Fig. 1 die Grundschaltung und Fig. 2 eine besondere Ausführungsart zeigt. The invention is explained in more detail with reference to the description of the figures, in which FIG. 1 shows the basic circuit and FIG. 2 shows a special embodiment.

In Fig. 1 speist das hier dreiphasig gezeichnete Netz LI, L2, L3 eine ungesteuerte Drehstromgleichrichterbrücke 2 mit Glättungskondensator, wobei an Klemme 21 die positive Ausgangsspannung anliegt. In Serie dazu liegt eine Kommutierungsdrossel und ein Hauptthyristor 4 mit antiparalleler Diode 5. Parallel zu den Eingangsklemmen 31, 32 des Wechselrichters 3 liegt der Summenlöschkreis bestehend aus der Serienschaltung des Löschthyristors 6 mit antiparalleler Diode 7 und einer Kommutierungsdrossel 8 sowie dem Kommutierungskondensator 9. Die Summenlöscheinrichtung dient zum Löschen sowohl des Hauptthyristors 4 als auch des Wechselrichters 3. Der Wechselrichter 3 speist in diesem Schaltbeispiel einen dreiphasigen Motor, vorzugsweise einen Kurzschlussläuferasynchronmotor. In Fig. 1, the three-phase network LI, L2, L3 here feeds an uncontrolled three-phase rectifier bridge 2 with smoothing capacitor, the positive output voltage being present at terminal 21. In series there is a commutation choke and a main thyristor 4 with an anti-parallel diode 5. In parallel with the input terminals 31, 32 of the inverter 3, the common quenching circuit consists of the series circuit of the quenching thyristor 6 with an anti-parallel diode 7 and a commutating choke 8 and the commutating capacitor 9. The common quenching device serves to delete both the main thyristor 4 and the inverter 3. In this circuit example, the inverter 3 feeds a three-phase motor, preferably a squirrel-cage asynchronous motor.

Für den Betrieb induktiver Verbraucher wird meist im Bereich konstanten Flusses gearbeitet, was eine frequenzproportionale Wechselrichterspannung bedingt. For the operation of inductive consumers, work is usually carried out in the constant flow range, which requires a frequency-proportional inverter voltage.

Zum Beschreibung der Wirkungsweise des Kommutierungskreises wird vom Zustand treibender Spannung an der Last ausgegangen, d.h. dass der Hauptthyristor 4 gezündet ist und die Wechselrichterausgangsklemmen auf unterschiedlichen Potentialen liegen. Der Kommutierungsvorgang wird durch Zünden des Löschthyristors 6 eingeleitet. Es setzt ein Schwingvorgang über die beiden Kommutierungsdrosseln 1 und 8, den Kommutierungskondensator 9, den Glättungskondensator und den Hauptthyristor 4 ein, bei dem der Hauptthyristor 4 gelöscht wird. In Abhängigkeit von der am Kommutierungskondensator 9 anliegenden Spannung (und dem über den Kommutierungskondensator 9 fliessenden Strom) wird ein zweiter Kommutierungsvorgang über den Wechselrichter 3 durch Zünden von Wechselrichterthyristoren bewirkt, bei dem der Freilaufzustand, d.h. der Klemmenkurzschluss der Wechselrichterausgangsklemmen, erzwungen wird. Dieser Schaltzustand wird durch Zünden des Löschthyristors 6 und durch Vorgabe von Zündimpulsen an jenen Wechselrichterventilen, die nach der Kommutierung Strom führen sollen, aufgehoben. Durch erneutes Zünden des s To describe the mode of operation of the commutation circuit, the state of driving voltage at the load is assumed, i.e. that the main thyristor 4 is ignited and the inverter output terminals are at different potentials. The commutation process is initiated by firing the quenching thyristor 6. An oscillation process takes place via the two commutation chokes 1 and 8, the commutation capacitor 9, the smoothing capacitor and the main thyristor 4, in which the main thyristor 4 is extinguished. Depending on the voltage applied to the commutation capacitor 9 (and the current flowing through the commutation capacitor 9), a second commutation process is effected via the inverter 3 by firing inverter thyristors in which the free-running state, i.e. the terminal short circuit of the inverter output terminals is forced. This switching state is canceled by firing the quenching thyristor 6 and by specifying firing pulses at those inverter valves which are to carry current after commutation. By re-igniting the s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

660 432 660 432

Hauptthyristors 4 wird die gewünschte treibende Spannung an die ausgewählten Ausgangsklemmen gelegt. Somit wird der Löschthyristor 6 sowohl zur Abkopplung der Zwischenkreis-spannung vom Wechselrichter 3 wie auch zur eigentlichen Wechselrichterkommutierung verwendet. Main thyristor 4, the desired driving voltage is applied to the selected output terminals. The quenching thyristor 6 is thus used both for decoupling the intermediate circuit voltage from the inverter 3 and for the actual inverter commutation.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte besondere Ausführungsart. Durch die Anordnung eines Thyristors 10 an Stelle der Diode 7 kann die Auf- und Absteuerung der Kommutierungskreise vorgenommen werden und damit ergibt sich eine Verminderung der Kommutierungsverluste bei Teillast. Fig. 2 shows a preferred special embodiment. By arranging a thyristor 10 instead of the diode 7, the up and down control of the commutation circuits can be carried out and thus there is a reduction in the commutation losses at part load.

Die Aufsteuerung wird durch geeignete Wahl des Zündzeitpunktes der Wechselrichterthyristoren bei Einleitung des Freilaufzustandes bzw. des Hauptthyristors 4 bei Kommutierung auf treibende Spannung bewirkt. The control is effected by a suitable choice of the ignition timing of the inverter thyristors when the freewheeling state is initiated or the main thyristor 4 when the voltage is commutated.

s Die Anordnung des Bremskreises, bestehend aus Bremsthyristor 11 und Bremswiderstand 12 erlaubt die gezielte Abbrem-sung von Antrieben. Der Bremsthyristor 11 wird bei Überspannung am Zwischenkreiskommutierungskondensator gezündet und wird im Zuge des Wechselrichterkommutierungsvorganges io gelöscht. s The arrangement of the brake circuit, consisting of brake thyristor 11 and brake resistor 12, enables the targeted braking of drives. The brake thyristor 11 is ignited in the event of an overvoltage at the intermediate circuit commutation capacitor and is deleted in the course of the inverter commutation process.

v v

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

660 432

1. Two-phase or multi-phase voltage intermediate-circuit converter with a line-side uncontrolled rectifier, at the output terminals of which a smoothing capacitor is connected in parallel and a load-side inverter, characterized in that between the positive output of the rectifier (21) and the positive supply terminal of the inverter (31) a first commutation choke (1) and a main thyristor (4) are connected in series and that an anti-parallel first diode (5) is arranged in parallel to the main thyristor (4) and that both the cathode of the Main thyristor (4) and the anode of an erase thyristor (6) are connected and that the cathode of the erase thyristor (6) via the series circuit of a second commutation choke (8) and a commutation capacitor (9) to the negative supply terminal (32) of the inverter (3 ) is connected and that an ant second diode (7) or a thyristor (10) connected in parallel.

2. Voltage intermediate circuit converter according to claim 1, characterized in that between the positive and negative supply terminal (31, 32) of the inverter (3), a series circuit of a braking resistor (12) and a braking thyristor (11) is connected, the anode of which is connected to the positive supply terminal (31 ) of the inverter (3) is switched on.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Voltage intermediate circuit converter according to claim 1 or 2, characterized in that the first commutation choke (1) is magnetically coupled to the second commutation choke (8).