DE1463355A1 - Selbstgefuehrte Wechselrichteranordnung - Google Patents

Description

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Frankfurt (Main)₉ Theodor-Stern-Kai 1· λ A β Q Q cc Itehmann/X K-Hr₀ Ln 64/112.

" Selbstgeführte Wechselrichteranordnung ⁿ

£β sind selbstgeführte Wechselrichter bekannt geworden, bei denen die Arbeitofrequenz in weiten Grenzen veränderlieh 1stο Mit derartigen Wechselrichtern können Drehstrommotoren mit variabler Drehzahl dann besonders vorteilhaft betrieben werden,wenn gleichzeitig mit der Erhöhung der Arbeitsfrequenz auch die Spannung des Wechselrichters erhöht wird_oEine Anpassung der Spannung an die Frequenz kann bei selbstgeführt en Wechselrichtern durch Pulsbetrieb, d.h. dadurch erfolgen,daß während der Brennzelt einer Phase die Spannung im Rhythmus einer gegenüber der Arbeitsfrequenz erhöhten Frequenz (Pulsfrequenz) zu- und abgeschaltet wird. Bei Brückenschaltungen ist es dabei auch möglich, im Rhythmus der Pulsfrequenz Energielieferung, Freilauf und Energierücklieferung vom Motor in das Gleichstromnetz miteinander abwechseln zu lassen·

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üblicherweise wird bei derartigen Wechselrichtern sine drei= phasige Brückenschaltung "benutzt, wie sie in Figo 1 dargestellt istο In dieser Schaltung arbeitet jede der drei bzw_o sechs Phasen 120° lang ο In dieser Fig« 1 ist schematisch angedeutet«, wie ein Wechselrichter aus einer Gleichstromquelle der Spannung U ' mit

dem Strom I gespeist wird. Vor den steuerbaren Halbleiterelement«, ß · >

%·Β·Thyristoren S und.Dioden D der tfechselrichteranordnung ist ein Pufferkondensatqr C geschaltet. Sie Abgabe der Leistung des Wechselrichter β erfolgt von den Brückeninduktivitäten L. Im Fflle einer Motorspeisung durch den Wechselrichter liegen dessen einzel ne Phasen an der Spannung Uj₄. Ihre Induktivität ist schematisch mit I^i angedeutete In ihnen fließt der Strom I.

Die in den weiteren Figuren dargestellten Wechselrichter sind gleichartig aufgebaut« Demzufolge wurden in diesen Figuren insbesondere die Abweichungen davon durch Bezeichnungshinweiscj hervorgehobenα

Die Erfindung betrifft eine selbstgeführte Wechselrichteranordnung mit veränderlicher Arbeitsfrequenz und ßpannungseteue=» rung durch Pulsbetrieb zur Speisung von Drehstrommotoren großer Leistung. Erfindungsgemäß warden die einzelnen Phasen des Motors durch je einen einphasigen Pulswechselrichter in Brückenschaltuni gespeist.

Nach der Erfindung wird also bei großen Leistungen statt der dreiphasigen Brückenschaltung eine Vielzahl von einphasigen

Brückenöchaltuncen zur Speisung der Wicklungen des Drehetromiiöto

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benutzte Jßs ist dies an Hand einer Zeichnung in den Fig. 2 bis schematisch als Aueführungebeispiel angedeutet. Der übergang zu einer Vielzahl von einphasigen Schaltungen hat eine Reihe von Vorteilen, die noch erläutert werden«

£b 1st unter Umständen erforderlich, die einzelnen einphasigen Wechselrichter sowohl auf der Gleichstromseite als auch auf der lfotorseite zu entkoppeln, d.h. zu verhindern, daß sie sich in ihrer Arbeitsweise gegenseitig unzulässig stark beeinflussen* Auf der Motorseite kann,stm wie in den Fig. angedeutet, eine Entkopplung durch Vorschalten unverkoppelter Reaktanzen L¹ vor die Motorwicklung erfolgen. Auf der Gleichstromseite ist eine Möglichkeit zur Entkopplung in Fig.3 angegeben. In dieser Schaltung ist der Pufferkondensator C der Fig·2 aufgeteilt in drei einzelne Kondensatoren C". Die drei einphasigen Wechselrichter werden von den Kondensatoren C" gespeist, wobei die Verbindung zum Gleichstromnetz über ßeaktanzen L" erfolgt.

In einphasigen Brückenachaltungen kann die Brenndauer der einzelnen Phasen bis auf 180° gesteigert werden. Dies bringt die Möglichkeit Bit sich, bei der Spannungo- oder Sti*ousteue~ rung beispielsweise sinusförmige Sollwerte vorzugeben. Mit Rücksicht auf den Übergang von der positiven zur negativen Stromhalbwelle ist es dabei wünschenswert, im Nulldurohgang des Stromes endliche Hullpausen ( A t) vorzusehen. Diese Pausen erleichtern die umschaltung der Steuerung von einer Stromrichtung auf die andere. Man wird die Seit A *» die in Fig.5 angedeutet

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ist, nicht zu groß wählen, um keine zu großen Abweichungen von der durchgehenden Sinusform zu erhalten= In manchen Fällen ist es einfacher_? statt einer sinusförmigen Sollspannung "bzw. eines sinusförmigen Sollstromes treppenförmige Sollwerte vorzugeben, wie sie in den Fig. 6 und 7 angedeutet sind. Auch in diesen Fällen ist im Nulldurchgang des Stromes eine Zeitspanne L·t vorzusehen, welche dusreichen muß, um einen einfachen,und sicheren Übergang des Stromes von der einen in die andere Richtung zu ermöglichen. i)er in Figo6 dargestellte dreistufige Spannungsbzw. Stroffisollwert läßt sich bekanntlich so ausbilden, daß er keine dritten, fünften und siebenten Oberwellen enthält, sondern daß als tiefste Oberschwingungen die elften und dreizehnten auftreten. Mit den in Fig. 7 dargestellten zwei Stufen läßt eich angenähert eine ähnliche Y/irkung erreichen«,

Geht man zu hohen Phasenaahlen über, beispielsweise zu 12 einzelnen einphasigen Wechselrichtern, so ist es unter Umständen ausreichend, ^eden einzelnen Wechselrichter mit nur einer Stufe rechteckförmig auszusteuern, wie es in Figo 5 gestrichelt angedeutet ist. Durch die hohe Phasenzahl addieren sich die rechi eckföraigen Ströme der einzelnen Phasen zu einem der Sinusform sieh annähernden sinusförmig verteilten Strombelag in der Maschine .

Die Pulsfrequenz wählt man zweckmäßigerweise gleich oder größer als 1000 Hz. Bei kleineren Pulsfrequenzen werden die Pufferkondensatoren zu groß₉ außerdem die mit der fiegelung verbundenen Schwankungen des Stromes. Eine Erhöhung der wirksamen

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Pulsfrequenz auf der Gleichstromseite tritt dadurch auf, daß die Wechselrichter der einzelnen Phasen nicht gleichzeitig im Takt der Pulsfrequenz schalten werden, sondern statistisch gegeneinander versetzt» Statt diese Voraussetzung dem Zufall zu überlassen, kann man auch die Schaltzeitpunkte der einzelnen einphasigen Wechselrichter derart zueinander synchronisieren, daS sich auf der Gleichstromseite im Strom ein Vielfaches der Pulsfrequenz jedes einzelnen Wechselrichters ergibt.

Durch die Erfindung gelingt es, und darin liegt ihr besonderer Vorteil, Drehstrommotoren großer Leistung über Wechselrichter zu speisen. Bei der in Fig,1 gezeigten dreiphasigen Brückenschaltung besteht eine Schwierigkeit darin, daß bei einer Gleichspannung von beispielsweise 400 V die verkettete ύotorspannung nur etwa 220 V ist. Eine Erhöhung der Gleichspanrrong über 400 V würde bei dem heutigen Stand der für selbstgeführte Wechselrichter in Frage kommenden gesteuerten Halbleiterventile Reihenschaltung dieser Ventile verlangen, die nur ungern angewendet wird. Andererseits besteht mit wachsender Motorgröße die Notwendigkeit, die Motorspannung zu erhöhen, da andernfalls die Wicklung des Motors nicht ausführbar ist. Diese Schwierigkeit wird überwunden durch die Erfindung. Beispielsweise ergibt sich bei drei einphasigen Wechselrichtern entsprechend Fig. 2 oder Fig.3 eine Verdoppelung der (dreiphasig) verketteten Motorspannung, nämlich etwa 440 V bei 400 V speisender Gleichspannung* Bei dem Wechselrichter nach Fig.4 würde sich eine Motorspannung von 880 V ergeben»

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Daa in den Pig. 2 bin ^ verwendet« Symbol eines ventils mit y.-vei Stou&ranschlüasen enfcrprieLt dar in j-igd gestrichelt eingerahmten üchaltung. SJLs boutent aus clv«! nteuerbaren Halbleiterrentilen, dio durch eine GegentaktsehaIbirne gelöscht wurden können. Der Löschkondensator 0·^ \?ird abwechselnd im Hhythrau3 der Pulsfrequenz auf die drei parnllelliegenden Thyristoren geschaltet, und zwar mit negativer Spannungsrichfcung, so daß letztere gelöscht werden. Nimmt man an, daß die sieben Steuerbot'dn Zellen sünitlich vou gleicher Größe sind, so lassen sich mit vier Löschthyristoren di'9.1 parallele Hauptthyristoren löschen Sei den heute auf dem Marie⁵; vorhandenen Thyristoren kann mit einer dreifachen .Parallelschaltung von Hauptthyrisboren ein G.luichstXOm von ?c250 A « 750 A bsherracht werden, so daß dex* Wschaeirichter nach Fig_o1 für eintü Lslntimg von 500 k'tf ausreicht;, In den Schaltungen .der. 1·Ί&·» 2 und ^ ergibt oich bei gleichem Motorsfcrom I wie iu Fig.'I ein Glei^hstroia 2ol„ 3tabt -iöa Gleichstromeß I in Pigol=, Infolgedessen erhöht eioh die Lei-atung des Wechselrichter α auf 600 kW, Auf ähnliche v'/eijö ex'gibi; sich für die Schaltung nach Fig<,4 eine Leistung von 12CC ' ■. \ sieht, daß der Wechselrichter nach der Erfindung den Weg zu, großen Motorleistungen frei macht, wobei gleichzeitig auch unter Verwendung einfacher Sollwerte, wie in FiR.? oder wie in 3?igo5 gestricheltt die Spannungs» bsw· die Stroüikurve mit wachsender Phasenzahl sich der Sinusform annähert. Die Wicklungen der Motoren behalten dabei ihre übliche Form, lediglich werden statt

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drei nunmehr sechs bzw« zwölf !leitungen aus dem Motor heruusge« führt. Ia Grenzfall besteht die Wicklung jedes von einem einphasigen Wechselrichter gespeisten Motorstranges aus einer einsigen Windung.

7 Seiten Beschreibung,

8 Patentansprüche Zeichnung (Hg« 1

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Claims (7)

1. Licentia Patent-Verwaltungs~G_ajn.boH_e, 1463355 Prankfui^t ■ (Hain ), Theodor-üt e^n -Kai 1 ο

   Lehmann/Wo K-Nr* Lm 6V112.

   P a t e η t an s ρ r^ c Ii e:

   i1 /^ Selbstgeführte tfechr-elrichteranordnung mit veränderlicher Arbeitsfrequenz und Spannungooteuerung durch Pulsbetrieb zur Speisung von Drehstrommotoren großer Leistung, dadurch gekennaeich net„daß die einzelnen Phasen des Motors durch Je einen einphasiger Pulsv/echselrichter in Brückenschaltung gespeist werden.
2. 2) 'Vechcelrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß die Wechselrichter dor einzelnen Phasen auf der Gleichstromseite durch Sperr-drosseln und Pufferkondensatoren entkoppelt sihd₀ "^
3. 3) Wechselrichteranordrun^ nach Anspruch 1 und ?_t <*o^T c'-gekennzeichnet₉daß die o.inr.cinen Phasen des «'echselrichters o'jsrch Vordrosseln vor de>r.i Μοίτο« entkoppelt sind.
4. 4) Wechselrichteranoix'nwig ώθ-c^ /ir,5-.pj.*uch 1 bis 3_t dadurch gekennzeichnet, daß die ?.τ:.:-vidaucr je Π-..gs s^-^ch ο !er &BZe? als 120°,aber kleiner als 180° ist₀
5. 5) Wechselrichterünorjnung nach Anspruch 1 bis M₁ dadurch gekennzeichnet, daß ti ι sinusförmiger Sollwert für die Spannung oder für den ötroa vorgegeben wird₉ wobei im Ifulldurchgang des Stromes Nullpausen endlicher Dauer (^ t) vorgesehen sind.
6. 6) Wechselrichteranordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,daß der Sollwert der Spannung bzw. des Stromes

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   stufenweise der Sinueform angenähert ist, wobei im NuXlduvchgasg des Gtroaee Äullpaueen endlicher länge (£χ %) vorgesehen nind₀
7. 7) W#<$hs#lrielit0r«»qrdnung n&oh Anspruch 1 bis 6, !^aν^r t-Hennseichnet, daß die Fulßfrequens gleich oder größer als 1000 Hb ist.

   Θ) Wechselrichteranordming nach Anspruch 1 biß 7« dadurch gekennzeichnet,daß die. mit Pulafrequena aufeinander folgenden Schaltseitpunkte der einzelnen Phasen zueinander synchronisiert sind« so daß sieh im Gleichstrom ein Vielfaches der Pulsfrequen» einxelnen Phase ergibt·

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