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Einrichtung zur Zwangskommutierung eines mit einer Drehstrommaschine
verbundenen Stromrichters Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Zwangskommutierung
in einer Anordnung zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung einer über einen
selbstgeführten Stromrichter an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen Drehstrommaschine,
wobei der Stromrichter aus einer Gegenparallelschaltung von zwei Drehstrombrückenschaltungen
besteht, von denen eine gesteuerte Hauptstromventile enthält. Zur Zwangskommutierungseinrichtung
gehört dabei eine zwischen den gleichstromseitigen Verbindungen der gesteuerten
Hauptstromventile angeordnete Reihenschaltung von zwei in deren Durchlaßrichtung
gepolten gesteuerten Kommutierungsventilen, an deren Verbindungsleitung der eine
Belag eines Kommutierungskondensators angeschlossen ist.
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Der Stromrichter liefert der Drehstrommaschine Spannungen veränderbarer
Größe, veränderbarer Frequenz und umkehrbarer Phasenfolge. Als Gleichspannungsquelle
kann zweckmäßig ein Gleichrichter mit vorzugsweise veränderbarer Ausgangsspannung
vorgesehen sein. Die Ausgangsspannung des Gleichrichters wird über einen Gleichstromzwischenkreis,
der vorteilhaft Glättungseinrichtungen enthalten kann, dem selbstgeführten Stromrichter
zugeführt. Dieser Stromrichter arbeitet als Wechselrichter und speist die Drehstrommaschine.
Da die Drehstrommaschine im allgemeinen nicht in der Lage ist, Blindleistung für
die Kommutierung der Hauptstromventile des Wechselrichters zu liefern, sondern selbst
Blindleistung benötigt, ist eine Kommutierungseinrichtung vorgesehen, die eine Kommutierung
des Stromes in einem durch Steuersignale vorgegebenen Augenblick herbeiführt.
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Es ist eine Einrichtung zur Zwangskommutierung in einer Anordnung
zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung eines über einen Wechselrichter an eine
Gleichspannungsquelle angeschlossenen Drehstrommotors bekannt, in der der Wechselrichter
aus einer Gegenparallelschaltung von zwei Drehstrombrückenschaltungen besteht, von
denen eine gesteuerte Hauptstromventile enthält, und die zwei zwischen den beiden
gleichstromseitigen Verbindungen der gesteuerten Hauptstromventile angeordnete,
in deren Durchlaßrichtung gepolte gesteuerte Kommutierungsventile in Reihenschaltung
enthält, deren Verbindungsleitung unter Zwischenschaltung eines Kommutierungskondensators
an einen Mittelpunktsleiter der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. In den
beiden Gleichstromleitungen zwischen den beiden Brückenschaltungen liegt je eine
Kommutierungsdrossel, die über eine Reihenschaltung von zwei in Sperrichtung der
Hauptstromventile gepolten Begrenzungsventilen, die vorzugsweise gesteuerte Ventile
sein können, verbunden sind. Die Verbindungsleitung der Begrenzungsventile ist ebenfalls
an den Mittelpunktsleiter der Gleichspannungsquelle angeschlossen. Die im Kommutierungskondensator
für das Löschen der Hauptstromventile gespeicherte Ladung muß unabhängig von der
Spannung im Gleichstromzwischenkreis ihrem Betrag nach auf einem konstanten Wert
gehalten werden. Diese Aufgabe übernehmen die Begrenzungsventile. Sie begrenzen
die Spannung am Kondensator derart auf einen Wert, daß die Spannung an den Kommutierungsventilen
die zulässige Sperrspannung nicht überschreitet. Mit der Gleichspannung wird die
Größe der Maschinenspannung, mit der Taktfrequenz des Wechselrichters die Frequenz
der Maschinenspannung und mit der Reihenfolge der Stromführung der Hauptventile
die Drehrichtung bestimmt.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich bei derartigen
Anordnungen für größere Leistung unter Umständen Schwierigkeiten dadurch ergeben
können, daß die Hauptinduktivität der magnetisch verketteten Kommutierungsdrosseln
Werte annimmt, die in der Größenordnung der Streuinduktivitäten des Kommutierungskreises
liegen, das sind die Leitungsinduktivitäten und die Streuinduktivitäten der Kommutierungsdrosseln.
Hinzu kann unter Umständen noch eine Induktivität zur Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit
in den gesteuerten Ventilen kommen. Eine ungenügende Kopplung zwischen dem Umschwing-
und dem Begrenzungskreis der Kommutierungseinrichtung kann unter Umständen eine
ausreichende Begrenzung der Kondensatorspannung verhindern.
Diese
Nachteile können erfindungsgemäß dadurch vermieden werden, daß der andere Belag
des Kommutierungskondensators über je eine Gegenparallelschaltung von zwei gesteuerten
Löschventilen mit je einer maschinenseitigen Verbindungsleitung der gesteuerten
Hauptstromventile verbunden ist. In einer derartigen Anordnung ist die Spannung
am Konimutierungskondensator abhängig von dem zu löschenden Strom der Hauptstromventile;
so daß der Stromrichterbetrieb auch bei kleinen Frequenzen von beispielsweise 1
bis 2 Hz und -entsprechend geringer Gleichspannung gesichert ist.
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Zur Erläuterung der. Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen,
in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist.
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Die Figur zeigt eine Drehstrommäschine 2, die eine Drehstromsynchronmaschine
oder -asynchronmaschine sein kann und die über einen selbstgeführten und fremdgesteuerten
Stromrichter 3, einen Gleichstromzwischenkreis, einen Gleichrichter 36 mit gesteuerter
Ausgangsspannung, welcher der Einfachheit halber lediglich als Block dargestellt
ist, an ein Drehstromnetz mit den Netzleitern R, S, T angeschlossen ist. Der Stromrichter
3 besteht aus zwei gegenparallelgeschalteten Brückenanordnungen, von denen eine
gesteuerte Ventile 4 bis 9 enthält, die vorzugsweise gesteuerte Halbleiterventile,
insbesondere Thyristoren, sein können, die wegen ihrer kurzen Freiwerdezeit verhältnismäßig
hohe Frequenzen der Maschinenspannung ermöglichen. Die zweite Anordnung enthält
angesteuerte Ventile 10 bis 15, die in dem folgenden Beschreibungsteil als Blindstromventile
bezeichnet werden sollen. Zur Kommutierung des Stromes der gesteuerten Ventile 4
bis 9 des Stromrichters 3 ist eine Einrichtung vorgesehen, die vorteilhaft aus zwei
Kommutierungsdrosseln 16 und 17, zwei gesteuerten Kommutierungsventilen 18 und 19;
einem Kommutierungskondensator 21 sowie sechs Löschventilen 22 bis 27 besteht. Der
Kommutierungskondensator 21 ist über je eine Gegenparallelschaltung der gesteuerten
Löschventile 22 bis 27 mit jeweils einer Maschinenklemme verbunden. Ina Kommutierungsstromkreis
können vorteilhaft Mittel zur Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit in den
gesteuerten Ventilen angeordnet sein. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise eine Drosselspule
20 geeignet. Zur Steuerung der gesteuerten Ventile des Stromrichters 3 und
des Gleichrichters 36 können bekannte, nicht dargestellte Steuer- und/oder Regeleinrichtungen
vorgesehen sein. Im Gleichstromzwischenkreis ist eine Glättungseinrichtung vorgesehen,
die aus Glättungsdrosseln 34 und 35 und einer zwischen den Gleichstromleitungen
angeordneten Reihenschaltung von zwei Kondensatoren 32 und 33 bestehen kann, deren
Verbindungsleitung mit dem Sternpunkt des Gleichrichtertransformators des Gleichrichters
36 oder einem Mittelpunktsleiter des Drehstromnetzes verbünden sein kann. Die Kapazität
eines der Glättungskondensatoren 32 und 33 kann beispielsweise etwa zwei bis drei
Größenordnungen größer sein als die Kapazität des Kommutierungskondensators
20.
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Durch. Steuerung des Gleichrichters 36 wird die Spannung im Gleichstromzwischenkreis
und damit die Größe der der Drehstrommaschine 2 vorgegebenen Spannung gesteuert.
Die Frequenz der Maschinenspannung wird durch die Taktfrequenz der Ventile des Stromrichters
3 und die Drehrichtung der Maschine 2 wird durch die Reihenfolge der Stromführung
der Ventile des Stromrichters 3 bestimmt.
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Zur Inbetriebnahme der Anordnung wird der Kommutierungskondensator
21 auf die zur Kommutierung des Anlaßstromes notwendige Spannung aufgeladen. Zu
diesem Zweck kann eine übliche Ladeeinrichtung vorgesehen sein, die in der Figur
nicht dargestellt ist und beispielsweise eine Reihenschaltung eines Ladewiderstandes
mit einem Schalter enthalten kann, über welche die Elektroden des Kommutierungskondensators
21 jeweils mit einem Gleichstrompol einer Gleichspannungsquelle zu verbinden sind.
Nach Beendigung der Aufladung werden die Schalter wieder geöffnet: Falls genügend
große Widerstände, beispielsweise 100 kOhm und mehr, vorgesehen sind, können die
Schalter entfallen. Die obere Elektrode des Kommutierungskondensators 21 möge zunächst
positives Potential haben. Dann kann beim ersten Kommutierungsvorgang ein Ventil
der linken Brückenhälfte des Wechselrichters 3 gelöscht werden. Es sollen beispielsweise
zunächst die Hauptventile 4 und 9 gezündet werden. Als erstes Hauptventil maß demnach
Ventil 4 gelöscht werden. Zu diesem Zweck werden das Kommutierungsventill8 und das
Löschventil 22 gezündet. Der Entladestrom des Kommutierungskondensators 21 fließt
über die Ventile 22, 4 und 18 und über die Drossel 20. Sobald der Entladestrom die
Größe des Stromes im Hauptventil 4 erreicht, erlischt das Ventil 4, und der Strom
kommutiert unter der Wirkung der Induktivität der Maschine 2 auf das Blindstromventil
13. Nach dem Erlöschen des Hauptventils 4 beginnt die Umladung des Kommutierungskondensators
21 über das Blindstromventi110 und die Kommntierungsdrosse116. Sobald die Umladung
des Kommutierungskondensators 21 beendet ist, erlöschen die Ventile 18 und 22.
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Der Laststrom der Kommutierungsdrossel 16 fließt während der Umladung
zusätzlich zum Kommutierungskondensator 21 und trägt so zu dessen Ladung bei. Bei
großen Lastströmen wird die Kondensatorspannung somit größer als bei kleinen Strömen.
Infolgedessen wird eine stromabhängige Aufladung des Kommutierungskondensators
21 erreicht, wodurch der Umrichterbetrieb auch bei kleinen Frequenzen sichergestellt
ist. Die Kondensatorspannung ist unabhängig von der Größe der Spannung im Gleichstromzwischenkreis.
Sie wird allein durch die Dämpfung im Kommutierungs- und Umschwingkreis begrenzt.
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Nach dem Erlöschen des Hauptventils 4 und einer Wartezeit, die vor
allem von der Freiwerdezeit dieses Ventils abhängig ist, wird ein anderes Hauptventil,
beispielsweise das Ventil s, gezündet. Der Kommutierungskondensator 21 hat nach
seiner Umladung die erforderliche Spannung zur Löschung eines der gesteuerten Ventile
der rechten Brückenhälfte, beispielsweise des gerade stromführenden Ventils 9. Der
Kommutierungsvorgang vollzieht sich in entsprechender- Weise mittels der Kommutierungsdrosse117.
Nach dem Erlöschen des Ventils 9 kann ein anderes Ventil der rechten Brückenhälfte,
beispielsweise das Ventil 7, gezündet werden.