DE1175356B

DE1175356B - Method for operating a converter arrangement with two converter systems in counter-parallel connection

Info

Publication number: DE1175356B
Application number: DES71319A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Manfred Meyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-11-19
Filing date: 1960-11-19
Publication date: 1964-08-06

Description

Verfahren zum Betrieb einer Stromrichteranordnung mit zwei Stromrichtersystemen in Gegenparallelschaltung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Stromrichteranordnung mit zwei Stromrichtersystemen in Gegenparallelschaltung mit getrennten elektronischen, vorzugsweise mit Halbleiterelementen ausgestatteten Steuersätzen, bei der bei Strom Null im Gleichstromkreis beide Systeme gitterseitig gesperrt sind und bei der bei Stromführung eines Systems das andere durch gegenseitige Verriegelung der Steuersätze gesperrt ist. Diese Verriegelung verhindert die Bildung eines Kreisstromes zwischen den beiden Systemen.Method for operating a converter arrangement with two converter systems in counter-parallel connection The invention relates to a method for operating a Converter arrangement with two converter systems in counter-parallel connection separate electronic tax rates, preferably equipped with semiconductor elements, in which both systems are blocked on the grid side at zero current in the direct current circuit and in the case of one system carrying power, the other by interlocking the tax rates are blocked. This lock prevents the formation of a circulating current between the two systems.

Die Erfindung macht Gebrauch von der bekannten Maßnahme, die Umschaltung von gesteuerten Gasentladungsstrecken in einer Stromrichteranordnung in Saugdrosselschaltung von Gleichrichterbetrieb auf Wechselrichterbetrieb in Abhängigkeit von der Spannung an der Saugdrossel vorzunehmen. Die Erfindung besteht darin, daß bei Verwendung einer gemeinsamen Saugdrossel für beide Stromrichtersysteme beim Wechsel der Stromrichtung im Gleichstromkreis der Zündwinkel für dasjenige .Stromrichtersystem, dem ein negativer Stromsollwert vorgegeben ist, vor dem Stromnulldurchgang im Gleichstromkreis auf mindestens angenähert volle Wechselrichteraussteuerung eingestellt wird und daß bei Strom Null im Gleichstromkreis ein Steuersignal zur Verriegelung der Steuersätze in Abhängigkeit von der Spannung an der Saugdrossel gegeben wird. Dadurch wird die Umsteuerung von einem Stromrichtersystem auf das andere auch bei hoher Gegenspannung ermöglicht.The invention makes use of the known measure, the switchover of controlled gas discharge paths in a converter arrangement in suction throttle circuit from rectifier operation to inverter operation depending on the voltage to be carried out on the suction throttle. The invention consists in that when using a common suction throttle for both converter systems when changing the current direction In the direct current circuit, the ignition angle for the converter system to which a negative Current setpoint is specified, before the current zero crossing in the DC circuit at least approximately full inverter control is set and that at zero current in the DC circuit, a control signal to lock the tax rates is given depending on the voltage at the suction throttle. This will make the Reversal from one converter system to the other, even with high counter voltage enables.

Bei der Beseitigung des Kreisstromes durch gegenseitige Verriegelung der Ventilsysteme ist es wichtig, daß beim Wechsel der Stromrichtung im Gleichstromkreis, beispielsweise beim Übergang vom Bremsbetrieb auf Beschleunigungsbetrieb, die Totzeit bei der Umschaltung möglichst klein gehalten wird. Bei Verwendung von nahezu trägheitslosen Regel-und Steuereinheiten auf Transistorbasis ist die Stellzeit klein gegen die Ankerkreiszeitkonstante, und man kann die Totzeit so weit vermindern, daß praktisch keine Lücke im Stromnulldurchgang eintritt.When eliminating the circulating current through mutual locking of the valve systems, it is important that when changing the direction of current in the direct current circuit, for example, during the transition from braking to acceleration mode, the dead time is kept as small as possible when switching. When using almost inertia Regulating and control units based on transistors, the setting time is small compared to the Armature circle time constant, and you can reduce the dead time so far that practical no gap occurs in the current zero crossing.

Bei der Saugdrosselschaltung, die bei größeren Leistungen fast ausschließlich verwendet wird, macht sich bei höherer Gegenspannung der Maschine beim Übergang vom Brems- in den Beschleunigungsbetrieb, bei der Umschaltung von einem Ventilsystem auf das andere, die nur im stromlosen Zustand durchgeführt werden darf, der Magnetisierungsstrom der Saugdrossel nachteilig bemerkbar. Wenn nämlich beim Übergang vom Wechselrichter- in den Gleichrichterbetrieb der Strom in dem Teilsystem einer Sekundärwicklung bereits Null geworden ist, fließt in dem Teilsystem der anderen Sekundärwicklung immer noch der Magnetisierungsstrom der Saugdrossel. Bevor dieser den Wert Null erreicht hat, wird bereits im ersten System eine neue Anode gezündet und die Saugdrossel ummagnetisiert. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die elektromotorische Kraft der Maschine so weit abgesunken ist, daß der Gleichstrom Null wird. Ein schneller Übergang aus dem Wechselrichter- in den Gleichrichterbetrieb ist somit bei hoher Aussteuerung nicht ohne weiteres möglich. Es ist deshalb erforderlich, der Kommandostufe, welche die Verriegelung der beiden Systeme bewirkt, ein zusätzliches Signal zuzuführen, sobald der Strom einen einstellbaren Mindestwert unterschreitet. Dieser Mindestwert kann vorteilhaft etwa 2 bis 4»/o des Gleichstromes bei Nennbetrieb betragen. Auf dieses Signal hin wird der Zündwinkel des Systems, dem ein negativer Stromsollwert vorgegeben ist, und dessen Strom Null werden soll, auf mindestens angenähemt volle Wechselrichteraussteuerung, vorzugsweise auf volle Wechselrichteraussteuerung mit einem Zündwinkel von 180°, erhöht. Diese Aussteuerung bewirkt einen sehr schnellen Abbau des Magnetisierungsstromes in der Saugdrossel. Das Signal für die volle Wechselrichteraussteuerung kann von der Kommandostufe in Abhängigkeit vom Gleichstrom gegeben werden. Der Gleichstrom kann beispielsweise über einen Stromwandler erfaßt und als Eingangssignal für eine in der Kommandostufe angeordnete Kippschaltung verwendet werden, welche in ihre andere Endlage kippt, sobald der Eingangsstrom unter einen einstellbaren Mindestwert sinkt.In the case of the suction throttle circuit, which is almost exclusively the case with higher outputs is used, makes itself at the transition with higher counter-voltage of the machine from braking to acceleration mode when switching from a valve system on the other, which may only be carried out in the de-energized state, the magnetizing current the suction throttle disadvantageously noticeable. Namely, if during the transition from the inverter in the rectifier operation the current in the subsystem of a secondary winding is already Has become zero, still flows in the subsystem of the other secondary winding the magnetizing current of the suction throttle. Before this has reached the value zero, a new anode is ignited in the first system and the suction throttle is remagnetized. This process repeats itself until the electromotive force of the machine so has dropped far so that the direct current becomes zero. A quick transition from the Inverter to rectifier operation is therefore not possible with high modulation easily possible. It is therefore necessary to determine the command level which the Interlocking the two systems causes an additional signal to be supplied as soon as the current falls below an adjustable minimum value. This minimum value can advantageously about 2 to 4 »/ o of the direct current in nominal operation. On this The signal is given by the ignition angle of the system, which is given a negative current setpoint and whose current should be zero, to at least approximately full inverter control, preferably to full inverter control with an ignition angle of 180 °, elevated. This modulation causes a very rapid reduction in the magnetizing current in the suction throttle. The signal for full inverter control can be from the command level depending on the direct current. The direct current can be detected, for example, via a current transformer and used as an input signal for a toggle circuit arranged in the command stage can be used, which in their other end position tilts as soon as the input current falls below an adjustable minimum value sinks.

Damit der Einfiuß von Temperaturfehlern der verwendeten Transistorverstärker möglichst klein gehalten werden kann, ist es erforderlich, die Meßwerte möglichst leistungstark zu erfassen.This means that temperature errors in the transistor amplifiers used are in ﬂ uenced kept as small as possible it is necessary that To capture measured values as efficiently as possible.

Die Meldung, ob Strom fließt oder nicht, läßt sich in bekannter Weise vorteilhaft von der Saugdrosselspannung ableiten. Solange im Hauptstromkreis Strom fließt, tritt an der Saugdrossel eine verhältnismäßig hohe Wechselspannung auf, die bei Strom Null ebenfalls Null wird.The message as to whether or not current is flowing can be made in a known manner advantageously derived from the suction throttle voltage. As long as there is electricity in the main circuit flows, a relatively high alternating voltage occurs at the suction throttle, which also becomes zero when the current is zero.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.An embodiment of the invention is shown in the drawing.

Die F i g. 1 zeigt einen Stromrichtertransformator 2, dessen Primärwicklung 3 aus einem Drehstromnetz mit den Phasen R, S und T gespeist wird, und an dessen eine Sekundärwicklung 4 zwei gegenparallelgeschaltete Teilsysteme von Ventilen 6 a bis 6 c bzw. 8 a bis 8c, und an dessen zweite Sekundärwicklung 5 zwei weitere Teilsysteme von Ventilen 10a bis 10c bzw. 12a bis 12c angeschlossen sind. An die Sternpunkte der beiden Sekundärwicklungen ist eine Saugdrossel 14 angeschlossen. Im Gleichstromkreis des Stromrichters ist ein Motor 16, mit dem eine Tachodynamomaschine 17 mechanisch gekuppelt ist, sowie eine Glättungsdrossel18 und ein Gleichstromwandler 20 angeordnet, welcher den Istwert des Gleichstromes für einen Stromregler 22 und eine Kommandostufe 24 liefert. Als Gleichstromwandler 20 kann beispielsweise ein Hallwandler vorgesehen werden. An Stelle des Wandlers 20 können Anodenstromwandler verwendet werden. Die Kommandostufe 24 erhält ferner als Eingangssignal den vom Drehzahlgeber 30 vorgegebenen Stromsollwert und die über einen Spannungswandler 32 gelieferte Saugdrosselspannung U2. Sie gibt im Falle einer Stromumkehr im Motor 16 beim Unterschreiten eines gewählten und z. B. an einem Ansprechrelais der Kommandostufe 24 einstellbaren Ankerstrommindestwertes dem Steuersatz für das Ventilsystem, dessen Strom infolge Vorgabe eines negativen Sollwertes Null werden soll, das Kommando für die Verschiebung des Zündwinkels auf 180° und bei Strom Null das Kommando für die gegenseitige Verriegelung der Steuersätze.The F i g. 1 shows a converter transformer 2, the primary winding 3 of which is fed from a three-phase network with the phases R, S and T, and on one of its secondary winding 4 two counter-parallel subsystems of valves 6a to 6c or 8a to 8c, and on its second Secondary winding 5 two further subsystems of valves 10 a to 10c and 12 a to 12c are connected. A suction throttle 14 is connected to the star points of the two secondary windings. In the DC circuit of the converter, a motor 16, with which a tachometer machine 17 is mechanically coupled, as well as a smoothing choke 18 and a DC converter 20 are arranged, which supplies the actual value of the direct current for a current regulator 22 and a command stage 24. A Hall converter, for example, can be provided as the direct current converter 20. In place of the converter 20, anode current converters can be used. The command stage 24 also receives, as an input signal, the current setpoint specified by the speed sensor 30 and the suction throttle voltage U2 supplied via a voltage converter 32. It gives in the event of a current reversal in the motor 16 when falling below a selected and z. B. at a response relay of command level 24 adjustable armature current minimum value the control rate for the valve system, the current should be zero due to a negative setpoint, the command for shifting the ignition angle to 180 ° and at zero current the command for the mutual locking of the tax rates.

Die Saugdrosselspannung U2 kann auch über eine auf den Kern der Saugdrossel 14 gewickelte Hilfswicklung erfaßt werden.The suction throttle voltage U2 can also be applied to the core of the suction throttle 14 wound auxiliary winding can be detected.

Zur näheren Erläuterung der Wirkungsweise ist in den F i g. 2 a bis 2 d der zeitliche Verlauf einiger Betriebsgrößen eines 3-MW-Antriebsmotors während eines Strornumkehrvorganges von -I-- 1200 A auf - 1200 A dargestellt. In F i g. 2 bedeutet die Kurve a einen vorgegebenen Gleichstrom-Sollwert i, die Kurve b die über Maschine 16 und Glättungsdrossel 18 (F i g. 1) gemessene Gleichspannung U1, und die Kurve c den Gleichstrom-Istwert Il. Kurve d zeigt die gleichgerichtete Spannung U2 an der Saugdrossel, von welcher das Signal »Strom Null« für den Kommandogeber abgeleitet wird. Für den Antrieb ist Leerlauf angenommen. Ein Ventilsystem wird mit einem Zündwinkel von z. B. a=80° ausgesteuert. Im Zeitpunkt t1 wechselt der Sollwert sein Vorzeichen. Der Steuerwinkel wird vergrößert. Im Zeitpunkt t2 hat der Strom Il den eingestellten Mindestwert erreicht, der Zündwinkel wird auf 180° erhöht. Die Saugdrossel 14 arbeitet nicht mehr als Spannungsteiler, sondern wie eine Glättungsdrossel. Ihre Induktivität ist sehr groß gegenüber den übrigen Induktivitäten des Kreises, so daß praktisch die ganze dem Kreis eingeprägte Spannung an dieser Induktivität abfällt. Zur Zeit t3 ist der Reststrom abgebaut, die Kommandostufe 24 erhält von der Saugdrossel 14 über den Spannungswandler 32 die Meldung »Strom Null«, und beide Ventilsysteme werden verriegelt. Nach einer kurzen Wartezeit wird zur Zeit t4 das andere Ventilsystem freigegeben, der Strom Il wird in umgekehrter Richtung aufgebaut, und zur Zeit t, ist der Umsteuervorgang beendet. In dem dargestellten Fall Fall betrug beispielsweise die Totzeit (t2 bis t4), welche sich aus der Entmagnetisierungszeit der Saugdrossel und einer Wartezeit zusammensetzt, etwa 3 m/sec und die Zeit für den gesamten Stromumkehrvorga.ng (t1 bis t.) etwa 15 m/sec.For a more detailed explanation of the mode of operation, FIG. 2 a to 2 d show the temporal course of some operating parameters of a 3 MW drive motor during a current reversal process from -I-- 1200 A to - 1200 A. In Fig. 2, curve a denotes a predetermined direct current setpoint i, curve b denotes the direct voltage U1 measured via machine 16 and smoothing choke 18 (FIG. 1), and curve c denotes the direct current actual value II. Curve d shows the rectified voltage U2 at the suction throttle, from which the signal "current zero" for the command transmitter is derived. Idling is assumed for the drive. A valve system is operated with an ignition angle of z. B. a = 80 ° controlled. At time t1, the setpoint changes its sign. The steering angle is increased. At time t2, the current II has reached the set minimum value, and the ignition angle is increased to 180 °. The suction throttle 14 no longer works as a voltage divider, but as a smoothing throttle. Their inductance is very large compared to the other inductances of the circuit, so that practically the entire voltage impressed on the circuit drops across this inductance. At time t3 the residual current is reduced, the command stage 24 receives the message "current zero" from the suction throttle 14 via the voltage converter 32, and both valve systems are locked. After a short waiting time, the other valve system is released at time t4, current II is built up in the opposite direction, and the reversal process is ended at time t4. In the illustrated case, for example, the dead time (t2 to t4), which is made up of the demagnetization time of the suction throttle and a waiting time, was around 3 m / sec and the time for the entire current reversal process (t1 to t.) Was around 15 m / sec.

Im Zeitpunkt t2 können mit der gleichen Wirkung auch beide Ventilsysteme auf volle Wechselrichteraussteuerung ausgesteuert werden. Eine geringe Abweichung im Steuerwinkel auf weniger als 180°, beispielsweise auf l70°, ist möglich.At time t2, both valve systems can also have the same effect can be controlled to full inverter control. A slight deviation in the control angle to less than 180 °, for example to 170 °, is possible.

Claims

Claims: 1. Method for operating a converter arrangement with two converter systems in counter-parallel connection with separate electronic, Tax rates preferably equipped with semiconductor elements, in the case of electricity Zero in the DC circuit both systems are blocked on the grid side and in the case of One system conducts power to the other by interlocking the tax rates is blocked, that is, that when using a common suction throttle for both converter systems when changing the current direction in the DC circuit the ignition angle for that converter system to which a negative Current setpoint is specified, before the current zero crossing in the DC circuit at least approximately full inverter control is set and that at zero current in the DC circuit, a control signal to lock the tax rates is given depending on the voltage at the suction throttle.

2. Procedure according to Claim 1, characterized in that in each case that converter system, the a negative setpoint is specified before the current zero crossing to an ignition angle is set from x = 180 °.

3. Order to carry out the procedure according to Claim 1, characterized in that the suction throttle with an auxiliary winding is provided, which supplies the signal for locking the tax rates. In Publications considered: German Patent No. 644 018.