DD257533A1

DD257533A1 - Verfahren zum betrieb einer untersynchronen stromrichterkaskade

Info

Publication number: DD257533A1
Application number: DD29966287A
Authority: DD
Inventors: Heinz Wolf; Bernd Tepler; Alfons Wolff; Matthias Wolf
Original assignee: Elektroprojekt Anlagenbau Veb
Priority date: 1987-02-02
Filing date: 1987-02-02
Publication date: 1988-06-15
Also published as: DD257533B5

Abstract

Die Erfindung verhindert im Havariefall, z. B. bei Netzausfall, das Kippen des Wechselrichters bei untersynchronen Stromrichterkaskaden. Erfindungsgemäî wird der Wechselrichter im Havariefall durch eine Löscheinrichtung gelöscht. Gleichzeitig werden alle Thyristoren des Wechselrichters gesperrt. Die Auslösung erfolgt durch Erfassung des _berstromes im Zwischenkreis oder auf der Wechselspannungsseite des Wechselrichters oder durch Erfassung der Spannungsabsenkung. Fig. 1{untersynchrone Stromrichterkaskade, Netzausfall, Störung, Verhindern, Kippen, _berstrom, Spannungsabsenkung, Löscheinrichtung, Sperren, Thyristor}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft den Betrieb einer untersynchronen Stromrichterkaskade bei Netzausfällen oder anderen Störungsfällen, die zu einem Kippen des Wechselrichters führen könnten.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Für etliche Anwendungsfälle, in denen die Stellbarkeit eines Antriebs nur in einem begrenzten Drehzahlbereich gefordert wird, stellt die untersynchrone Stromrichterkaskade nach wie vor eine unkomplizierte und billige Alternative dar. Untersynchrone Stromrichterkaskaden bestehen bekanntlich aus einem Drehstrom-Schleifringläufer-Motor, dessen Schlupfleistung in einem Gleichrichter in Gleichstrom gewandelt wird. Über einen netzgelöschten Wechselrichter wird die Schlupfleistung wieder ans Netz zurückgeführt. Durch Verändern des Zündwinkels des Wechselrichters läßt sich die Drehzahl der Asynchronmaschine stellen. Bei Störungsfällen im Netz, ζ. B. ein kurzzeitiger Netzspannungsausfall oder ein Erdungsfehler, besteht die Gefahr des Kippens des Wechselrichters, wodurch eine Havarie eintreten kann, die zum Abschmelzen der Sicherungen oder gar zur Zerstörung von Thyristoren führen würde.

Es sind bereits Maßnahmen zur schnellen Unterbrechung oder Begrenzung des auftretenden Überstroms bekannt. So wurde nach der DE-OS 2018025 (H 02 P7/62) vorgeschlagen, in den Strompfad des Zwischenkreises einen mit einem ohmschen Widerstand überbrückten Kontakt eines Schnellschalters einzufügen. Im Havariefall öffnet der Kontakt und begrenzt den Strom durch den ohmschen Widerstand. Nach Rückkehr in einen stabilen Betriebszustand wird der Schalter wieder geschlossen. Die Lösung erfordert einen mechanischen Schnellschalter, der verschleißbehaftet ist, eine gewisse Wartung erfordert und außerdem höhe Kosten bedingt.

Mit der DE-AS 2518235 (H 02P7/62) wurde vorgeschlagen, daß der Zündwinkel des Wechselrichters auf einen Wert reduziert wird, der der Wechselrichtertrittgrenze entspricht und die Gleichstromdrossel durch einen parallel angeordneten Thyristor kurzgeschlossen wird. Die Lösung setzt ganz bestimmte Spannungsverhältnisse zwischen Gleich- und Wechselrichter voraus. Da die Gegenspannungsreserve jedoch von der Drehzahl der Asynchronmaschine abhängig ist, ist nicht in allen Arbeitspunkten eine sichere Funktion des Antriebes gewährleistet.

Weiterhin wurde vorgeschlagen, den Gleichrichter als vollgesteuerten Thyristor-Gleichrichter auszuführen. Bei Gefahr des Kippens des Wechseltrichters läßt sich so die Gleichspannung herabsteuern. Die Lösung erfordert jedoch einen sehr hohen Aufwand nicht nur durch die Anordnung einer zweiten vollgesteuerten Brückengleichrichter-Schaltung, sondern auch durch die Notwendigkeit einer speziellen Ansteuerelektronik für den Läufergleichrichter, da dieser mit einer variablen Frequenz arbeitet.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Maßnahme, die den sicheren Betrieb einer untersynchronen Stromrichterkaskade bei annormalen Betriebsvorgängen im Netz bei verringertem Aufwand gegenüber den Vorbildlösungen erlaubt.

Merkmale der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches, mit kontaktlosen Bauelementen zu realisierendes Verfahren zum Unterbrechen eines im Havariefall auftretenden Überstromes anzugeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem der im Havariefall auftretende Überstrom durch eine auf den Wechselrichter wirkende an sich bekannte Löscheinrichtung unterbrochen wird und gleichzeitig alle stromführenden Thyristoren des Wechselrichters gesperrt werden. Die Löscheinrichtung kann aus einem Löschkondensator bestehen, der über Entkopplungsdioden mit der Wechselrichter-Brückenschaltung verbunden ist. Der Löschkondensator wird durch eine Ladeeinrichtung aufgeladen. Die Auslösung erfolgt durch Erfassung des Überstroms im Zwischenkreis oder auf der

Wechselspannungsseite des Wechselrichters oder durch Erfassung der Spannungsabsenkung der Netzspannung. Die Spannung am Löschkondensator kann durch einen nichtlinearen Widerstand (z.B. Metalloxidvarisator) begrenzt werden. Nach Wegfall einer kurzzeitigen Störung kann der Wechselrichter sofort wieder angesteuert werden. Dauert die Störung langer, so daß die Motordrehzahl über eine bestimmte Grenze abgesunken ist/kann der Motordrehzahl über eine bestimmte Grenze abgesunken ist, kann der Motor durch einen Widerstandsanlauf hochgefahren werden, ehe der Wechselrichter wieder angesteuert wird. Die Lösung hat den Vorteil, daß eine schnelle und sichere Unterbrechung des Überstroms mit kontaktlosen Bauelementen möglich ist, ohne daß eine komplizierte Ansteuerelektronik benötigt wird. Ein weiterer und wichtiger Vorteil ist, daß mit der Überwachung von Hauptnetz, Hilfsnetzund des Steuerzustandes (vorhandene Technik) eine automatische Wiedereinschaltung des Regelbetriebes der untersynchronen Stromrichterkaskade nach einer flüchtigen Störungsursache zu realisieren ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1: ein Prinzipschaltbild der Erfindung,

Fig.2: den Stromverlauf im Zwischenkreis und den Verlauf der Spannung am Löschkondensator.

Die untersynchrone Stromrichterkaskade wird realisiert durch einen Asynchronmotor M, den Läufergleichrichter LGR, die Zwischenkreisdrossel L_d und den Wechselrichter WR, der die Schlupfleistung über den Transformator T ans Netz zurückliefert. Die Erfindung hat folgende Funktion:

Beim Kippen des Wechselrichters WR durch eine äußere Ursache, z. B. eine Absenkung der Netzspannung U_n, kommt es zu einem Zündversagen eines der Thyristoren des Wechselrichters WR, z.B. des Thyristors V3. Der Strom l_d wird nicht durch den Thyristor V3 übernommen und fließt darauf über den vorher gezündeten Thyristor V1 und den Kreis Zwischenkreisdrossel L_d — Läufergleichrichter LGR—Thyristor V6 oder V2—Transformator T weiter, wobei er ansteigt. Durch Erfassen des Überstroms I₀ im Zwischenkreis oder auf der Wechselspannungsseite des Wechselrichters WR wird der Havariezustand durch das Informationsteil IT2 erkannt und ein Zündsignal ZS für den Löschthyristor LT ausgelöst. Darauf entlädt sich der durch die Ladeeinrichtung LE, den Thyristor V1 und die Koppeldiode V11, wodurch der Thyristor V11 stromloswird. Da gleichzeitig alle Zündimpulse der Wechselrichter-Thyristoren durch das Informationsteil IT1 gesperrt werden, werden weitere Zündungen der Thyristoren V1, V 3, V 5 verhindert. Der Strom l_d fließt noch weiter über die Phase R — Koppeldiode V11 — Lösch kondensator LKo — Löschthyristor LT—Zwischenkreisdrossel L_d— Läufergleichrichter LGR und einen der Wechselrichter-Thyristoren V6 und V2. Gleichzeitig lädt sich der Löschkondensator LKo um. Beim Nulldurchgang der Spannung des Löschkondensators LKo ist die Freihaltezeit Tp des Thyristors V1 beendet. Erreicht die Spannung des Löschkondensators LKo nach der Zeit t-i die Ansprechspannung des Varistors R 2, so geht der Strom auf diesen über. Nach der Zeit t₂ ist der Strom l_d abgeklungen und damit der Kommutierungsfehler beseitigt.

Eine sich durch unzulässige Spannungsänderung der Netzspannung U_n anbahnende Störung kann auch durch Erfassung der Netzspannungsabsenkmung AUn durch das Informationsteil IT2 bereits vor dem Kippen des Wechselrichters WR erkannt und durch Löschen der Thyristoren V 1,V3,V5 über den Löschthyristor LT beseitigt werden.

Wertet das Informationsteil IT2 gleichzeitig den Steuerzustand des Wechselrichters WR aus—Auswertung der Steuerspannung U_stdes Informationsteils IT1 —so wird die Löschung nur eingeleitet, wenn der Wechselrichter — Arbeitspunkt (α) bei der Spannungsabsenkung AU_n keinen sicheren Wechselrichterbetrieb mehr zuläßt. Unnötige Auslösungen des Löschthyristors LT werden damit vermieden.

Im Informationsteil IT1 erfolgt durch Verarbeitung der Steuergrößen Iststrom l_is„ Solldrehzahl U_ist die Generierung der Ansteuerimpulse für den Wechselrichter WR. Abhängig von der Dauer des Fehlers sowie von den technologischen Bedingungen können verschiedene Betriebsabläufe eingeleitet werden:

a) Abschaltung des Antriebs durch Öffnen der Kontakte Q1,Q4und Schließen des Kontaktes Q'3,

b) Wiedereinschaltung bei ausreichend hoher Motordrehzahl durch wiederfahren des Wechselrichters WR mit einem Zündwinkel von a = 150°,

c) Wiederanlauf mit Hilfe des Anlaßwiderstandes R1 durch Öffnen des Kontakts Q4, Schließen des Kontakts Q3 und Einstellen des Anlaßwiderstands R1 auf einen Bereich, unterhalb der Stellbereichsgrenze der untersynchronen Stromrichterkaskade, Hochfahren mit dem Anlaßwiderstand R1, Schließen von Kontakt Q4 und Übernahme des geregelten Betriebs durch Ansteuern des Wechselrichters WR (Ablauf wie bei normaler Anfahrt).

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer untersynchronen Stromrichterkaskade, dadurch gekennzeichnet, daß der im Havariefall auftretende Überstrom (l_ü) durch eine auf den Wechselrichter (WR) wirkende an sich bekannte Löscheinrichtung (LE) unterbrochen wird und gleichzeitig alle stromführenden Thyristoren (V1, V2, V3) des Wechselrichters (WR) gesperrt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Havariefall durch ein Strommeßglied im Zwischenkreis erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Havariefail durch ein Strom meßg lied auf der Wechselspannungsseite des Wechselrichters (WR) erfaßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Havariefall durch ein Unterspannungsmeßglied am Netz erfaßt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer kurzzeitigen Havarie der Wechselrichter (WR) mit maximalem Zündwinkel (α) sofort wieder angesteuert wird.