DE1463343C - Schaltungsanordnung zur Steuerung der Frequenz eines einen Synchronmotor speisenden Umrichters - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Steuerung der Frequenz eines einen Synchronmotor speisenden UmrichtersInfo
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Steuerung der Frequenz eines einen
Synchronmotor speisenden Umrichters mit einem von einem steuerbaren Gleichstromzwischenkreis gespeisten
Wechselrichter mit zünd- und löschbaren Thyristoren in den Zweigen der Brückenschaltung.
Derartige Schaltungsanordnungen sind bei Umrichtern mit selbstgeführten Wechselrichtern bekannt.
In einer der bekannten Anordnungen (Electrical Engineering, März 1962, S. 183, Fig. 8) wird der
gerade stromführende Thyristor des Wechselrichters nach Zündung des folgenden Thyristors durch Entladung
des zugeordneten Löschkondensators gelöscht. Die Zwischenkreisgleichspannung wird in dieser Anordnung
proportional zur Wechselrichterfrequenz eingestellt. Auf die Höhe dieser Spannung werden
auch die Löschkondensatoren aufgeladen, was zur Folge hat, daß sich die Frequenz nur im Verhältnis
1 :3 bis I : 5 verändern läßt, weil die Thyristoren im niedrigen Frequenzbereich wegen der dann ebenfalls
niedrigen Spannung der Löschkondensatoren nicht mehr gelöscht werden können. Der Anlauf eines Synchronmolors
aus dem Stillstand heraus ließe sich somit nicht ermöglichen.
In einer anderen bekannten Anordnung (Siemens-Zeitschrift, 1963, S. 661, Bild 1) mit einem selbstgeführten
Wechselrichter wird die Zwischenkreisgleichspannung zwar ebenfalls proportional zur
Wechselrichterfrequenz eingestellt, jedoch kann dort durch eine besondere Kondensatorladeeinrichlung
dafür gesorgt werden, daß auch bei einer Frequenz Null eine einwandfreie Löschung der Thyristoren erfolgt.
Bei diesen bekannten Schaltungsanordnungen müssen die Thyristoren des Wechselrichters und die
dazugehörigen Löscheinrichtungen für die volle Wechselrichter-Durchgangsleistung bemessen werden,
obgleich dies für etwa 90% des Drehzahlstellbereichs überflüssig ist, weil .die Synchronmotor-Ankerspannung
in diesem Bereich die Aufgabe der Löschung des jeweils abgelösten Thyristors allein zu erfüllen
vermag.
Es sind auch Schaltungsanordnungen zur Steuerung der Frequenz einen einen Synchronmotor speisenden
Umrichters mit einem von einem steuerbaren Gleichstromzwischenkreis gespeisten Wechselrichter
bekannt, bei denen statt eines selbstgeführten ein maschinengeführter Wechselrichter verwendet wird
(ETZ-A, 1958, S. 15; Archiv für Elektrotechnik, 1963, S. 167 ff). Der maschinengeführte Wechselrichter
erhält die zur Kommutierung der Thyristoren des Wechselrichters benötigte Energie vom Synchronmotor.
Die Zündimpulse für die Thyristoren des Wechselrichters sind mit der Ausgangsfrequenz synchronisiert.
Die Ausgangswechselspannung hat somit immer die Frequenz, die der Motor auf Grund seiner
Drehzahl benötigt. Die Drehzahl des Synchronmotors läßt sich einfach über die Gleichspannung im
Zwischenkreis einstellen.
Diese Schaltungsanordnungen haben jedoch den Nachteil, daß bei stehendem Motor für den Wechselrichter
keine Kommutierungsspannung zur Verfügung steht, so daß kein Anlauf erfolgen kann. Auch
ist im untersten Drehzahlbereich die Ankerspannung so klein, daß keine sichere Kommutierung des Wechselrichterstromes
von einem Zweig zum anderen gewährleistet ist. Für den Anlauf des Stromrichtermotors
müssen deshalb besondere Maßnahmen getroffen werden. So ist es z.B. möglich, in die Verbindungsleitung
zwischen Motor und Wechselrichter Wechselspannungen einzufügen, die die notwendige
Kommutierungsspannung liefern (deutsche Patentschrift 657 530).
Aufgabe der Erfindung ist es, die Schaltungsanordnung der eingangs bezeichneten Art derart auszugestalten,
daß sie auch bei Motoren großer Leistung,
bei denen Reihen- oder Parallelschaltung von Ventilen pro Zweig erforderlich ist, einen Drehzahlstellbereich
aus den Stillstand heraus erlaubt und dabei mit einem möglichst geringen Aufwand im Wechselrichterteil
auskommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Zweig der Wechselrichterbrückenschaltung
aus zwei Gruppen von Thyristoren besteht, von denen die erste Gruppe nur zündbar und die
zweite Gruppe zünd- und löschbar ist und die beiden in Reihe oder parallelgeschalteten Gruppen derart
sind, daß bei Unterschreitung einer eine einwandfreie Kommutierung des Wechselrichterstromes nicht
mehr gewährleistenden Ankerspannung die zweite Gruppe zusätzlich auch mit Löschimpulsen für eine
Zwangskommutierung beaufschlagt ist, wobei die erste Gruppe bei Reihenschaltung nur Zündimpulse
und bei Parallelschaltung keine Zündimpulse erhält.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird also der größte Teil des Wechselrichters in der
einfachen Technik des maschinengeführten Wechselrichters und nur der Anfahrteil als selbstgeführter
Wechselrichter ausgeführt, was insbesondere bei größeren Leistungen eine erhebliche wirtschaftliche Bedeutung
hat, da bei gleicher Leistung sich das Kostenverhältnis zwischen selbstgeführten und maschinengeführten
Wechselrichtern mindestens wie 3 : 1 verhält. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
werden für die Kommutierung des Wechselrichterstromes während des Anfahrens weder besondere
Hilfsspannungen noch die Mithilfe der Ankerspannung benötigt, weil die Thyristoren des Wechselrichters
während dieser Zeit durch Löschimpulse zwangsweise gelöscht werden. Während der übrigen
Zeit erfolgt die Kommutierung des Wechselrichterstromes dagegen ausschließlich unter der Wirkung
der Ankerspannung.
Da im Bereich der Zwangskommutierung, d.h. während des Anfahrens, nur verhältnismäßig kleine
Spannungen und meistens nur kleine Ströme vom Wechselrichter abgegeben zu werden brauchen, sind
gemäß der Erfindung mit den zünd- und löschbaren Thyristoren nur zündbare Thyristoren in Reihe geschaltet,
die während der Beaufschlagung der zünd- und löschbaren Thyristoren mit Löschimpulsen in
dauernd leitendem Zustand gehalten werden. Werden die nur zündbaren Thyristoren den zünd- und
löschbaren Thyristoren parallel geschaltet, dann sind sie während deren Beaufschlagung mit Löschimpulsen
in dauernd gesperrtem Zustand zu halten.
Unter einem zünd- und löschbaren Thyristor soll hierbei entweder ein Thyristor verstanden werden,
der durch die ihm zugeführten Steuerimpulse sowohl gezündet als auch gelöscht werden kann, oder ein
Thyristor, der zwar durch den Steuerstrom gezündet, aber nur mittels einer ihm zugeordneten besonderen
Löscheinrichtung, z.B. eines geladenen Kondensators, gelöscht werden kann.
Die Zünd- und Löschimpulse für die zünd- und löschbaren Thyristoren können während der
Zwangskommutierung von Impulssteuergeräten geliefert werden, die von der Tastfrequenz eines von
der Spannung im Gleichstromzwischenkreis oder von der Frequenz der von dem Wechselrichter abgegebenen
Spannung gesteuerten Spannungsgebers gesteuert werden können.
Der Spannungsgeber kann gleichzeitig als Schwellwertglied ausgebildet werden. Ein weiteres Impulssteuergerät
hält die nicht löschbaren Thyristoren während der Zwangskommutierung dauernd leitend,
wenn diese mit den zünd- und löschbaren Thyristoren in Reihe geschaltet sind. Sind sie zu diesen parallel
geschaltet, so werden sie durch ein weiteres Impulssteuergerät während der Zwangskommutierung
dauernd gesperrt. Die Impulssteuergeräte, die die Zündimpulse für die Thyristoren liefern, werden in
Abhängigkeit von der Frequenz der von dem Wechselrichter abgegebenen Spannung gesteuert, wenn die
Frequenz einen bestimmten Wert überschreitet. Dabei wird das die Löschimpulse liefernde Impulssteuergerät
gesperrt.
Der Gleichrichter des Gleichstromzwischenkreises wird von einem Impulssteuergerät gesteuert, das wieder
von einem Sollwertgeber beeinflußt wird. Dieser Sollwertgeber bestimmt gleichzeitig im Gebiet der
Zwangskommutierung die Tastfrequenz des die Impulssteuergeräte des Wechselrichters beaufschlagenden
Spannungsgebers.
Die Erfindung wird an Hand der Ausführungsbeispiele enthaltenden Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit in Reihe geschalteten löschbaren und nicht
löschbaren Thyristoren in den Brückenzweigen des Wechselrichters,
Fig.2 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit parallelgeschalteten löschbaren und nicht
löschbaren Thyristoren in den Brückenzweigen des Wechselrichters.
Bei der Schaltung der F i g. 1 sind die Thyristoren 21 des Wechselrichters 2 in den einzelnen Brückenzweigen
nur zündbar, die Thyristoren 22 zünd- und löschbar. Es genügt, einen Teil der Thyristoren
löschbar auszuführen, da im unteren Drehzahlbereich, in dem die Zwangskommutierung benötigt
wird, sowohl Gleich- wie auch Motorspannung nur klein sind. Während des zwangskommutierten Betriebes
werden die nicht löschbaren Thyristoren 21 ständig leitend gehalten. Ist der Motor so weit hoch gelaufen,
daß die Ankerspannung für die Kommutierung ausreicht, so erhalten die Löscheinrichtungen
keine Impulse mehr; gleichzeitig werden die Thyristoren 21 freigegeben und beteiligen sich an der
Steuerung.
Das Blockschaltbild für diese Steuerung ist ebenfalls in F i g. 1 angegeben. Der Drehzahlsollwert η
wird mittels des Sollwertgebers 4 vorgegeben und bestimmt die Spannung im Zwischenkreis. Der Gleichrichter
wird über den Verstärkers und das Impulssteuergerät 6 von Impulsen Z1 gesteuert. Außerdem
liegt am Ausgang von 4 der Eingang des Frequenzgliedes?, das für den Fall, daß die Frequenz/2 der
von dem Wechselrichter abgegebenen Spannung kleiner als ein Grenzwert /0 ist, eine der Ausgangsspannung
von 4 proportionale Tastfrequenz an die Impulssteuergeräte 9 (Zünden) und 8 (Löschen) liefert
und gleichzeitig über Impulssteuergerät 10 die Thyristoren 21 mittels Zündimpulsen Z21 offen hält. Übersteigt
/2 den Wert /0, so erhalten die Steuergeräte 8
und 9 von dem Frequenzglied 7 keine Anregungen mehr, so daß die Löschungen unterbleiben und Impulssteuergerät
9 nunmehr von der Motorspannung gesteuert wird. Auch die Blockierung des Impulssteuergerätes
10 wird unterbrochen. Als Kriterium für die Umschaltung von zwangskommutierten auf
den motorkommutierten Betrieb und umgekehrt läßt
sich auch die Spannung Ug im Gleichstromzwischenkreis
nehmen. In F i g. 2 ist eine Schaltung dargestellt, bei der in den einzelnen Zweigen a... f des
Wechselrichters 2 die Thyristoren parallel liegen. Erfolgt der Anlauf des Motors 3 im Leerlauf oder nur
bei geringer Belastung, so braucht auch hier nur ein Teil der Thyristoren löschbar ausgeführt zu werden.
Bei zwangskommutiertem Betrieb sind die nicht löschbaren Thyristoren gesperrt zu halten. Das läßt
sich durch Unterdrücken der Zündimpulse erreichen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung zur Steuerung der Frequenz eines einen Synchronmotor speisenden
Umrichters mit einem von einem steuerbaren Gleichstromzwischenkreis gespeisten Wechselrichter
mit zünd- und löschbaren Thyristoren in den Zweigen der Brückenschaltung, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Zweig (a bis f) der Wechselrichterbrückenschaltung (2) aus zwei
Gruppen (21, 22) von Thyristoren besteht, von denen die erste Gruppe (21) nur zündbar und die
zweite Gruppe (22) zünd- und löschbar ist, und die beiden in Reihe- oder parallelgeschalteten
Gruppen derart gesteuert sind, daß bei Unterschreitung einer eine einwandfreie Kommutierung
des Wechselrichterstromes nicht mehr gewährleistenden Ankerspannung die zweite
Gruppe (22) zusätzlich auch mit Löschimpulsen für eine Zwangskommutierung beaufschlagt ist,
wobei die erste Gruppe bei Reihenschaltung nur Zündimpulse und bei Parallelschaltung keine
Zündimpulse erhält.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zünd- und Löschimpulse
für die zünd- und löschbaren Thyristoren (22) während der Zwangskommutierung von Impulssteuergeräten (9, 8) geliefert werden,
die von der Tastfrequenz eines von der Spannung (Ux) im Gleichstromzwischenkreis oder von der
Frequenz (/.,) der von dem Wechselrichter abgegebenen Spannung gesteuerten, als Schwellwertglied
wirkenden Spannungsgebers (7) gesteuert werden.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Impulssteuergerät
(10) die nicht löschbaren Thyristoren (21) dauernd leitend hält (bei Reihenschaltung)
bzw. sperrt (bei Parallelschaltung der nicht löschbaren Thyristoren).
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
die Zündimpulse liefernden Impulssteuergeräte (9, 10) in Abhängigkeit von der Frequenz (/.,) der
von dem Wechselrichter (2) abgegebenen Spannung nach Überschreitung eines bestimmten Frequenzwertes
(Z0) gesteuert werden, wobei das Löschimpulse liefernde Steuergerät (8) gleichzeitig
sperrt.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DEL0046392 | 1963-11-21 | ||
DEL0046392 | 1963-11-21 |
Publications (3)
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