DD289393A5

DD289393A5 - IMPROVED REVERSE ARRANGEMENT FOR LIMITING THE CURRENT INCREASE IN CURRENT

Info

Publication number: DD289393A5
Application number: DD33474789A
Authority: DD
Inventors: Guenter Tietz; Mario Bresecke; Udo Neumann
Original assignee: Veb Elektroprojekt Und Anlagenbau Berlin,Zentrum Fuer Forschung Und Technologie,De
Priority date: 1989-11-21
Filing date: 1989-11-21
Publication date: 1991-04-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine verbesserte rueckspeisende Anordnung zur Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit in Stromrichterschaltungen. Die Erfindung bezieht sich auf eine Rueckspeiseeinrichtung (Rsp) zur Rueckspeisung vorwiegend induktiv gespeicherter Energie in einen Energiespeicher * der sich in einem dem Stromrichter (WR) vorgeordneten Gleichspannungskreis befindet. Hauptmerkmal der Erfindung ist die Aufteilung der beiden induktiv gekoppelten Drosselspulen des Wandlers einer Rueckspeiseeinrichtung (Rsp) in zwei primaere (n1.1; n1.2) und in zwei sekundaere (n2.1; n2.2) Drosselspulen mit jeweils der halben Induktivitaet. Fig. 1{Energierueckspeisung; Stromrichter; Wechselrichter; Energiespeicher; Gleichspannungskreis; Rueckspeiseeinrichtung; Drossel; Kopplung; Induktivitaet}The invention relates to an improved backfeed arrangement for limiting the rate of current rise in power converter circuits. The invention relates to a Rueckspeiseeinrichtung (Rsp) for Rueckspeisung predominantly inductively stored energy in an energy storage * located in a power converter (WR) upstream DC voltage circuit. The main feature of the invention is the division of the two inductively coupled inductors of the converter of a Rueckspeiseeinrichtung (Rsp) into two primary (n1.1; n1.2) and two secondary (n2.1; n2.2) choke coils, each with half the inductance. Fig. 1 {Energierueckspeisung; Power converters; Inverters; Energy storage; DC circuit; Rueckspeiseeinrichtung; Throttle; Coupling; inductance}

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zur Rückspeisung von vorwiegend induktiv gespeicherter Energie in Stromrichterschaltungen.The invention relates to arrangements for the recovery of predominantly inductively stored energy in power converter circuits.

Characteristic of the known state of the art

Die Forderungen der Halbleiterhersteller, die Stromanstiegsgeschwindigkeit beim Einschalten von Stromrichteranordnungen zu begrenzen, bedingen oftmals den Einsatz zusätzlicher Drosseln. Beim Abschalten von vollgesteuerten Ventilen (Transistoren, GTO-Thyristoren) und beim Löschen von halhgesteuorten Ventilen (Thyristoren) ruft die in diesen Drosseln gespeicherte Energie Überspannungen an dem abschaltenden bzw. löschenden Ventil hervor. Bestrebungen, diese Energie teilweise zurückzuspeisen, führten zur Anwendung induktiv gekoppelter Drosseln. Eine solche Anordnung ist Gegenstand der DE-OS 3524522. Die Wirkungsweise einer solchen Anordnung ist in einem Beitrag von Jung, Matthias „Improved snubber for GTO inverters with energy recovery by simple passive netzwork" zur EPE'87 in Grenoble, auf den Seiten 15 bis 20, ausführlich beschrieben. Die Wirksamkei jer Rückspeisung hängt hierbei ganz wesentlich von der Kopplung der beiden Drosseln ab. In der DE-OS 3635401 wird eine Schaltungsanordnung zur Rückspeisung von Beschaltungsenergie vorgestellt, in der jeder Phase eines Wechselrichters eine Rückspeiseeinrichtung zugeordnet ist, das heißt, daß jeweils die drei Primärwicklungen und die drei Sekundärwicklungen (übar Dioden) parallelgeschaltet sind. Diese drei parallelgeschalteten und parallel wirkenden Rückspeiseeinrichtungen sind mit einer weiteren unter Einbeziehung einer Begrenzungsdrosselspule aufgebauten Rückspeiseeinrichtung ohne Diode im Sekundärkreis in Serie geschaltet, wobei sich die Induktivitäten derThe demands of semiconductor manufacturers to limit the rate of current rise when switching on converter arrangements often necessitate the use of additional chokes. When shutting off fully-controlled valves (transistors, GTO thyristors) and extinguishing half-timed valves (thyristors), the energy stored in these chokes causes overvoltages at the shutting valve. Attempts to partially feed back this energy have led to the use of inductively coupled chokes. Such an arrangement is the subject of DE-OS 3524522. The operation of such an arrangement is in a contribution by Jung, Matthias "Improved snubber for GTO inverters with energy recovery by simple passive network" to EPE'87 in Grenoble, on pages 15 to 20, the detailed description of the effective feedback depends on the coupling of the two reactors. DE-OS 3635401 proposes a circuit arrangement for feeding back circuit energy in which a phase-in device is assigned to each phase of an inverter, that is, The three primary windings and the three secondary windings (eg diodes) are connected in parallel with each other, and these three parallel-connected regenerative devices are connected in series with another regenerative device without diode connected in the secondary circuit with the inclusion of a limiting choke coil, with the inductances of the

Beschaltungsdrosselspulen zu der Begrenzungsdrosselspule wie 1:2 verhalten. Es handelt sich hier um eine aufwendige Kombination von sowohl in Reihe als auch parallelgeschalteten vier Rückspeiseeinrichtungen in einer Gleichspannungszuleitung eines Wechselrichters. Unter Berücksichtigung des Normalbetriebes, speziell des Pulsbetriebes und der Havariezustände ist eine Stromführung und eine Stromabschaltung z. B. mit abschaltbaren Thyristoren in ein, zwei oder drei Phasen gleichzeitig möglich, wobei die Werte dieser Ströme sowohl gleich als auch völlig unterschiedlich sein können. Je nach Betriebszustand ergibt sich bei der Anordnung nach der DE-OS 3635401 eine unterschiedliche Spannungsaufteilung zwischen der allen Phasen gemeinsamen Rückspeiseeinrichtung und den den einzelnen Phasen zugeordneten Rückspeiseeinrichtungen. Das bedeutet neben ständig unterschiedlichen Spannungsbeanspruchungen aller Primärwicklungen und Sekundärwicklungen auch ständig unterschiedliche Isolationsspannungen zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen, so daß in Abhängigkeit vom Betriebszusland immer eine andere Schaltungskonfiguration gegeben ist und somit auch unterschiedliche Rückspeisebedingungen wirken.Behave wiring choke coils to the limiting choke coil as 1: 2. This is a complex combination of both in series and in parallel four regenerative devices in a DC voltage supply of an inverter. Taking into account the normal operation, especially the pulse operation and the accident states is a power supply and a power cut z. B. with turn-off thyristors in one, two or three phases simultaneously possible, the values of these currents can be both the same and completely different. Depending on the operating state results in the arrangement according to DE-OS 3635401 a different voltage distribution between the common all phases feedback device and the individual phases associated return feeders. This means in addition to constantly different voltage stresses of all primary windings and secondary windings also constantly different isolation voltages between the primary and secondary windings, so that depending on the Betriebszusland is always given a different circuit configuration and thus also act different recovery conditions.

Object of the invention The aim of the invention is to improve the efficiency of feedback devices. Explanation of the essence of the invention The invention is based on the object, the coupling between the primary and the secondary reactor of the converter

der Rückspeiseeinrichtung zu erhöhen.to increase the recirculation device.

The object is achieved by a division of the two inductively coupled inductors of the converter Regeneration device dissolved in two primary and two secondary reactors, each with half the inductance, wherein

eine der primären Drosselspulen dem positiven und eine dem negativen Teil des Gleichspannungskreises zugeordnet ist, unddadurch, daß die Serienschaltung eine beliebige Anordnung aus den beiden Sekundärwicklungen des Wandlers derone of the primary choke coils is associated with the positive and a negative part of the dc circuit, and in that the series circuit comprises any one of the two secondary windings of the converter

Forming device with the regenerative diode forms. In one embodiment of the invention, the primary windings of the two reactors of the feedback device between

je einem unmittelbaren Anschlußpunkt des Energiespeichers und der diesem Anschlußpunkt zugeordneteneach one immediate connection point of the energy storage and associated with this connection point

DC voltage line of the DC circuit switched. In another embodiment of the invention, the primary windings of the two inductors of the feedback device

zwischen den jeweiligen Anschlußstellen des Energiespeichers an den Gleichspannungsleitungen des Gleichspannungskreisesund den jeweiligen Wechselrichtereingangsklemmen geschaltet.between the respective connection points of the energy storage connected to the DC voltage lines of the DC circuit and the respective inverter input terminals.

According to one embodiment of the invention, a feedback device is present per phase arm of the inverter,

wobei zwischen jedem Phasenzweig und seiner zugehörigen Rückspeiseeinrichtung im positiven und im negativen Teil desbetween each phase branch and its associated feedback device in the positive and negative part of the

DC voltage circuit a separate DC voltage line is present. In an advantageous embodiment of the invention, the regenerative device is connected directly to the energy store, so

daß die Leitungsinduktivitäten und zusätzliche mögliche Begrenzungsdrosseln zwischen der Rückspeiseeinrichtung und denthat the line inductances and additional possible limiting chokes between the regenerative device and the

Inverter input terminals are located. embodiment With reference to drawings, the invention will be explained in more detail. It shows

Fig. 1: die erfindungsgemäße Rückspeiseeinrichtung, Fig. 2 u. 3: mögliche Ausführungsformen der Erfindung.Fig. 1: the regenerative device according to the invention, Fig. 2 u. 3: possible embodiments of the invention.

Die Figur 1 zeigt einen Wechselrichter WR, der über seine Eingangsklemmen E, F an dem einen Energiespeicher C_d aufweisenden Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen ist. Die Leitungsinduktivität der Gleichspannungsleitungen des Zwischenkreises wird durch die Induktivitäten L₀ dargestellt. Zusätzliche Begrenzungsdrosseln in den Gleichspannungsleitungen sind möglich. Eine herkömmliche Rückspeiseeinrichtung, die nicht dargestellt ist, besteht im wesentlichen aus einer Drossel mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung, die induktiv gekoppelt sind. Die erreichbare Kopplung der Drosselspulen wird u.a. durch die notwendige Isolierung zwischen den beiden Drosselspulen eingeschränkt. Die Erfindung sieht vor, zwei gekoppelte Drosseln mit jeweils der halben Induktivität zu verwenden. Damit weist die Rückspeiseeinrichtung zwei Drosseln mit jeweils einer primären Drosselspule R₁.) und riu und jeweils einer sekundären Drosselspule n₂.i und n₂₂ auf. Eine der beiden Primärdrosselspulen r,,., ist dem positiven und die andere Primärdrosselspule n, ₂ dem negativen Teil des Gleichspannungskreiseo zugeordnet, und zwar so, daß die primären Drosselspulen entweder vom gesamten Laststrom durchflossen werden (Fig. 2) oder nur von Komponenten des Laststromes (Fig. 1). Das bedeutet, daß die primären Drosselspulen n_M, n₎₂ entweder zwischen den Anschlußstellen A bzw. B des Gleichspannungskreises und den Wechselrichtereingangsklemmen E bzw. F anzuordnen sind, oder aber zwischen den unmittelbaren Anschlußpunkten D1 bzw. D2 des Energiespeichers C_d und den Anschlußstellen A bzw. B des Gleichspannungskreises. Die zugehörigen Sekundärdrosselspulen (Rückspeisedrosseln) n₂.i und n_{2 2} werden über eine Diode D, in Reihe geschaltet. Dabei kann die Reihenfolge der beiden Rückspeisedrosseln n₂.i, n₂₂ und der Rückspeisediode D, im Rückspeisekreis beliebig gewählt werden. Günstig ist es weiterhin, we^~. die Rückspeiseeinrichtung R_(p, wie die Figuren 1 bis 3 zeigen, dem Energiespeicher C_d,derdem Stromrichter WR vorgeordnet ist.direkt zugeordnet wird. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ändert sich die wirksame Induktivität nicht. Die in den Drosseln gespeicherte Energie ist deshalb die gleiche. DieFIG. 1 shows an inverter WR which is connected via its input terminals E, F to the DC voltage intermediate circuit having an energy store C _d . The line inductance of the DC voltage lines of the DC link is represented by the inductances L ₀ . Additional limiting reactors in the DC voltage lines are possible. A conventional regenerator, not shown, consists essentially of a reactor with a primary and a secondary winding, which are inductively coupled. The achievable coupling of the inductors is limited, inter alia, by the necessary insulation between the two inductors. The invention provides to use two coupled reactors, each with half the inductance. Thus, the feedback device has two reactors, each with a primary inductor R _1. ) And riu and in each case a secondary inductor n ₂ .i and n ₂₂ on. One of the two primary inductors r ,,., Is the positive and the other primary inductor n, _{2 associated with} the negative part of Gleichspannungsungskreiseo, in such a way that the primary inductors are traversed either by the entire load current (Fig. 2) or only components of the Load current (Fig. 1). This means that the primary inductors n _M , n _{) 2 are to} be arranged either between the terminals A and B of the DC circuit and the inverter input terminals E and F, or between the immediate connection points D1 and D2 of the energy storage C _d and the connection points A or B of the DC voltage circuit. The associated secondary choke coils (regenerative reactors) n ₂ .i and n _{2 2} are connected in series via a diode D. In this case, the order of the two Rückspeeschrosseln n ₂ .i, n ₂₂ and the Rückspeisediode D, are arbitrarily selected in the feedback circuit. It is still cheap, we ^ ~. The regenerative device R _(p , as shown in Figures 1 to 3, directly adjusts the energy storage C _d upstream of the power converter WR. With the arrangement according to the invention, the effective inductance does not change The energy stored in the reactors is therefore the same . The

Voltage load of the diode D, also remains unchanged. The isolation voltage between the load current i on

Komponenten des Laststromes durchflossenen Drossel und der dazugehörigen Rückspeisedrossel sinkt jedoch auf ca. die Hälfte. Die niedrigere Isolationsspannung erfordert weniger Isolation und ermöglicht somit das Erreichen eines besseren Kopplungsfaktors.However, components of the load current flowing through the choke and the associated regeneration choke drops to about half. The lower isolation voltage requires less isolation and thus allows achieving a better coupling factor.

Die Figur 3 stellt eine Anordnung dar, In der jeder Phasenzweig R, S, T des Wechselrichters eine Rückspeiseeinrichtung R_ipR, R_ipS, R,pT aufweist. Die Einspeisung der Gleichspannung in den Zwischenkreis erfolgt in allen Darstellungen über die Anschlußstellen A und B das Gleichspannungskreises.FIG. 3 shows an arrangement in which each phase branch R, S, T of the inverter has a feedback _device R _ipR , R _ipS , R, pT. The DC voltage is fed into the DC link in all representations via the connection points A and B of the DC voltage circuit.

The advantages of the invention are:

- Verringerung der Isolationsspannung- Reduction of the isolation voltage

- Verbesserung des Kopplungsfaktors- Improvement of the coupling factor

- einfachere Fertigungstechnologie der Drosseln- easier manufacturing technology of the chokes

- Verbesserung des Wirkungsgrades (weniger Kühlaufwand)- Improvement of efficiency (less cooling effort)

- geringere Spannungsbeanspruchung der Ventile, damit Verwendung niedrigerer Spannungsklassen der Ventile bzw. weniger Aufwand für Beschaltungsnetzwerke- Lower voltage stress of the valves, thus use of lower voltage classes of valves or less effort for Beschaltungsnetzwerke

- Eignung auch für höhere Zwischenkreisspannung.- Suitability also for higher DC link voltage.

Claims

1. Improved regenerative device for limiting the rate of current rise in power converter circuits

- By means of an energy recovery into the energy storage of the upstream DC voltage circuit of an inverter,

- Wherein at least one regenerative device is present, which is formed by a lying in one of the two DC voltage lines from the energy storage to the inverter as the primary winding of a converter choke coil, and a parallel to the energy storage series circuit of a inductively coupled to the primary winding of the converter also designed as a secondary coil coil and a regenerative period is formed,

characterized by a division of the two inductively coupled inductors of the converter of the regenerative device (R _sp ) in two primary (rii.i; n _1-2 ) and in two secondary (n ₂ .i; n ₂₂ ) reactors, each with half the inductance, wherein one of the two primary reactors is associated with the positive and a negative part of the DC circuit, and that the series connection of any arrangement of the two secondary windings (n ₂ .i; n ₂₂ ) of the converter of the regenerator (R, _p ) with the Rückleistungs diode (D,) forms.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the primary windings of the two inductors (nu; n ₁₂ ) of the regenerative device (R _sp ) between each immediate connection point (D 1 or D2) of the energy store (C _d ) and this connection point associated DC voltage line of the DC circuit are connected.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the primary windings of the two inductors (n _u , n ₁₂ ) of the regenerative device (R _sp ) between the respective connection points (A and B) of the energy store (C _d ) to the DC voltage lines of the DC voltage circuit and the respective inverter input load (E or F) are connected.

4. Arrangement according to claim 1 and 2 or 1 and 3, characterized in that a feedback _device (R _8p ) per phase branch (R; S; T) of the inverter (WR) is present, wherein between the phase leg and its associated return device (R _spR ; R _sp s; R _sp t) in the positive and in the negative part of the DC voltage circuit a separate DC voltage line is present.

5. Arrangement according to claim 1 and 2 or 1 and 3, characterized in that the regenerative device (R _sp ) is connected directly to the energy storage (C _d ), so that the line inductances (LJ and possible additional limiting throttles between the regenerative device (R _sp ) and the inverter input terminals (E; F).