DE1513851A1

DE1513851A1 - Verfahren zur Steuerung einer Stromrichteranordnung

Info

Publication number: DE1513851A1
Application number: DE19661513851
Authority: DE
Inventors: Schoenung Dipl-Ing Arnold; Herbert Stemmler
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1966-03-31
Filing date: 1966-03-31
Publication date: 1969-04-10
Also published as: DE1513851C3; SE339720B; DE1513851B2; CH489945A; FR1515719A; GB1183721A

Description

Verfahren zur Steuerung einer Stromrichteranordnung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer aus mehreren, selbstgeführten Wechselrichtern oder Umrichtern bestehenden Stromrichteranordnung zur Speisung von elektrischen Maschinen mit Spannungen oder Strömen verminderten Oberwellengehal ' Hierbei ist ein Schalfbetrieb der Ventilstreeken der Wechselrichte oder TJmrichterangenommen, bei welchem die Zündeinsätze durch die Schnittpunkte der zu erzeugenden Spannungen und einer Hilfespanmm veränderbarer Frequenz bestimmt sind.

Als Spannungen oder Ströme können beispielsweise ein- oder mehrphasigeWechsel spannungen bzw. Wechselströme in Betracht kommen. Die mit diesen zu speisende elektrische Maschine kann eine Asynchronmaschine veränderbarer Drehzahl sein, jedoch ist die Anwendung des nachfolgend angegebenen Verfahrens nicht auf Wechselspannungen oder Wechselströme und auch nicht auf damit zu speisends Wechselstrom-Induktionsmaschinen beschränkt.

Es ist bekannt, daß die Bildung von Spannungen und Strömen durch Stromrichter mit der Entstehung unerwünschter Oberwellen verknüpft ist. Es ist daher schon verschiedentlich versucht worden, diese Oberwellen auf das durch die Schaltvorgänge der Wechselrichter ode2 Umrichter bedingte notwendige Maß zu reduzieren.

Die Erfindung sieht bei dem einen durchführbaren Verfahren vor, daß die Phasenlage der Hilfsspannungen der Wechselrichter oder Umrichter so gewählt ist, daß der Oberwellengehalt der zu erzeugenden Spannungen der Stromrichteranordnung ein Minimum wird.

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Die Erfindung sieht "bei einem anderen zweckmäßigen Verfahren vor, daß die Steuerung der Wechselrichter oder Umrichter mittels einer Regeleinrichtung erfolgt, deren Soll-Istwerte der zu erzeugenden* Spannungen mit der Hilfsspannung überlagert werden, und daß die Phasenlage der Hilfsspannung so gewählt ist, daß der OTd erwell en- ■-' gehalt der zu erzeugenden Spannungen der Stromrichteranordnung ein Minimum wird.

Die Durchführung dieser Verfahren soll anhand der in Pig. 1-7 gezeigten Blockschaltbilder und der zugehörigen KurvehdarStellungen« die sich auf einige Beispiele von Stromrichteranordnungen beziehen, erläutert werden.

Bei diesen Schaltungsbeispielen und FunktionsdarStellungen handelt es sich um Wechselrichteranordnungen zur Erzeugung von Wechselspannungen veränderbarer Frequenz. Hierbei ist angenommen, daß die Ventilstrecken der Wechselrichter in bekannter Weise mit einer zur Frequenz der zu erzeugenden Wechselspannungen relativ hohen Schaltfrequenz impulsweise gesteuert sind. Dementsprechend ist die veränderbare Frequenz der Hilfsspannungen, ■ die als dreieckförmige Wechselspannungen angenommen sind, relativ hoch gegenüber der Frequenz der zu erzeugenden Wechselspannungen. Die Ausgangswechselspannungen der Wechselrichter sind eine Folge von Wechselspannungsimpulsen unterschiedlicher Breite der positiven und negativen Halbwellen der Impulse, und zwar derart, daß die Mittelwerte der Impulse die jeweiligen Augenblickswerte der gewünschten Wechselspannungen der Stromrichteranordnung abgeben.

Die so gebildeten Wechselspannungen haben einen hohen Gehalt an Oberwellen. Es ist deshalb notwendig, aus ihnen Wechselspannungen eines verminderten Oberwellengehaltes zu bilden. Wie dies nach dem Verfahren nach der Erfindung möglich ist, soll an den folgenden beschriebenen Beispielen dargelegt werden.

In Fig.1 ist eine aus zwei Wechselrichtern zusammengesetzte Stromrich xeranordnung zur Erzeugung einer einphasigen Wechselspannung schematiseh dargestellt. Die Wechselrichter sind mit W^ und Wg bezeich-

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net. Ihre mit TJ- und Up "bezeichneten Ausgangs spannungen sind in Eeihe geschaltet.

Die Steuerung der Ventilstrecken der Wechselrichter erfolgt durch Steuersätze St- und St₂· Jeder dieser Steuersätze hat zwei Eingänge. Diesen sind zwei Wechselspannungen zugeführt, deren Schnittpunkte die Zündeinsätze der Ventilstrecken der Wechselrichter "bestimmen. D'ie eine Wechselspannung ist die mit U .,, "bezeichnete Soll-Wechselspannung, die die Strbmrichteianordnung abzugehen hat. Die jeweils zweite Wechselspannung ist eine Hilfswechselspannung. Diese haben eine dreieckförmige Kurvenform und eine veränderbare, im allgemeinen relativ zur Prequenz der Soll-Wechselspannung hohe .frequenz. Sie sind mit Hg- und TI*? bezeichnet.

Nach dem einen Verfahren gemäß der Erfindung, das sich auf eine reine Steuerung bezieht, soll die Phasenlage der Hilfsspannungen so gewählt sein, daß der Oberweliengehalt der zu erzeugenden Wechselspannung TJ ein Minimum wird. Dies ist bei dem gezeigten Beispiel bei einer Phasenverschiebung der Hilfswechselspannungen von 180° der Pail, wobei sich der elektrische Winkel von 360 auf die Periodendauer der Hilfswechselspannungen beziehen soll. Die Kurvenaarstellungen an den Steuereingängen von St^ und St„ lassen di&t, -τtätlich erkennen.

Die sich so ergebende Ausgangswechselspannung TJ = TJ^ +TJ₂ der Stromrichteranordnung ist als letzte Kurve in Mg. 2 dargestellt. Die erste Kurvendarstellung zeigt die Sο11-Wechselspannung und die beiden phasenverschobenen Hilfsspannungen, von denen die eine gestrichelt gezeichnet ist. Die daraus sich ergebenden Wechselspannungen der Wechselrichter mit relativ hohem Oberwellengehalt sind die weiteren Kurven TJ- und TJp. Ihre Zusammensetzung ergibt die Ausgangswechselspannung TJ der Stromrichteranordnung mit vermindertem Oberwellengehalt.

Wie noch gezeigt wird, kann die gleiche Verminderung des Oberwellengehaltes bei Anwendung des zweiten Verfahrens nach der Erfindung auf die Weise erreicht werden, daß die Steuerung der Wechselrichter

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mittels je einer Regeleinrichtung erfolgt, deren Soll-Istwerte der zu erzeugenden Spannungen mit der Hilfsspannung mit geeigneter Phasenlage überlagert werden.

Eine Stromrichteranordnung der beschriebenen Art zur Erzeugung einer einphasigen Wechselspannung kann auch aus mehreren"'Wechselrichtern oder Umrichtern zusammengesetzt sein. In dem Falle sind unter der Voraussetzung gleichartiger Wechselrichter oder Umrichter Hilfsspannungen anzuwenden, die zueinander symmetrisch phasenverschoben sind.

In Fig. 3 ist eine aus drei Wechselrichtern zusammengesetzte Strom-, riehteranordnung schematisch dargestellt,- die zur Erzeugung einer dreiphasigen Wechselspannung dient. Die Wechselrichter sind mit W₁, Wg, W, bezeichnet. Ihre mit U^, Ug, U^ bezeichneten Ausgangs-· spannungen beziehen eich auf einen-gemeinsamen Nullpunkt O-der _: Wechselrichter. Die aus ihnen hervorgehenden verketteten Spannungen sind U₁₁₈, U₃₁, U_TR.

Die Steuerung der Ventilstrecken der Wechselrichter erfolgt durch Steuersätze'St-j, St₂, St,, die wieder je zwei Eingänge aufweisen. Den jeweils ersten Eingängen sind die der betreffenden Phase zugehörigen, zu erzeugenden Wechselspannungen U_{£ eo}n> ^üs soll^{1 U}T soll zugeführt. Den zweiten Eingängen ist eine fUr alle Phasen gemeinsame Hilfsweonselspannung Ug zugeführt.

Die Entstehung der einzelnen und der zusammengesetzten Wechselspannungen ist auB der Kurvendarstellung Fig. 4· ersichtlich. In der ersten Reihe sind die Sollwert-Wechselspannungen U_R _βοιχ> ^q soll' Ufj, _BQii UBd äie gemeinsame Hilfewechselspannung Ug , aus deren Zusammenwirkung sich die Zündeinsätze der Ventilstrecken der Wechselrichter ergeben, wiedergegeben. Darunter sind die Einzelwechselepannungen U_R, Ug, U₃, , die sich auf den gemeinsamen Nullpunkt 0 beziehen, gezeigt. Sie weisen noch erhebliche Oberwellen auf. Die aus ihnen hervorgehenden verketteten Wechselspannungen ^ÜRS' ^ST' ^TR ^ei?^ ^diö Ausgangswechselepannungen mit vermindertem Oberwellengehalt.

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Das zweite Verfahren nach der. Erfindung, bei welchem die Steuerung der Wechselrichter mittels einer Regeleinrichtung durchgeführt ist, soll in Fig. 5 für das Beispiel eines einzelnen mit W- bezeiChne-■ ten Wechselrichters zur Erzeugung einer Einphasenwechselspannung erklärt werden. Dieser Wechselrichter kann ein Bestandteil einer aus mehreren Wechselrichtern "bestehenden Stromrichteranordnung sein. Die Steuerung dieses Wechselrichters erfolgt mittels einer Regeleinrichtung R₁-. Dieser Regeleinrichtung sind im Eingang die Sollwertspannung Ug₀Vi ^un^ ^*⁶ Istwertspannung U. ^, die Wechselspannungen vorstellen, zugeführt. Dis daraus hervorgehenden Soll-Istwertspannung ist nun erfindungsgemäß noch die mit TJt₁₁ bezeichnete Hilfswechselspannung überlagert. Die auf diese Weise entstehende Istwert-Wechselspannung U. ^ ist unter dem Kurvenzug der Sollwert-Wechselspannung Un-, in ihrem Verlauf dargestellt.

Bei Anwendung dieses Verfahrens auf eine aus zwei Wechselrichtern bestehende Stromrichteranordnung zur Erzeugung einer Einphasenwechselspannung ergibt sich eine Schaltung, wie sie in Fig. 6 . schematisch wiedergegeben ist. Die Wechselrichter sind mit W₁, Wp, die Regeleinrichtungen mit R-, Rp bezeichnet. Den Eingängen^der Regeleinrichtungen sind die gemeinsame Sollwert-Wechselspannung Uj, ·,-, und die Istwert-Wechselspannungen Uj,, . . , U_R,, * + zugeführt. Mit den daraus hervorgehenden Soll-Istwertspannungen sind die Hilf swechs el spannung en Ur,.,, Utto überlagert. Die Hilfswechselspannungen haben zueinander eine Phasenverschiebung von 180°el., wenn dem Winkel 360° el. die volle Periode dieser Hilfswechselspannungen entspricht.

Eine entsprechende Anordnung eines aus drei Wechselrichtern zuammengesetzten Stromrichteranordnung zur Erzeugung einer dreiphasigen Wechselspannung zeigt Fig. 7. Den einzelnen Phasen sind die Wechselrichter W₁, W₂, W- und die Hegeleinrichtungen E₁, Rg, R, zugeordnet. Den Eingängen der Regeleinrichtungen sind die Sollwert-Wechselspannungen υ« _so-n> ^q Q₀Ii» U_{m ßO}i]_ uB-d die Istwert-Wechselspannungen U_ß ig-fc» Ug ig-fc» Uj _ia^., die sich auf den gemeinsamen Nullpunkt 0 beziehen, zugeführt.

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Den daraus sich ergebenden Soll-Istwertspannungen ist die für alle Phasen gemeinsame Hilf swe chs el spannung Uj₁ überlagert. Auf diese Weise ergeben sich Ausgangswechsel spannungen solcher Ob.er-» wellenhaltigkeit, daß aus ihnen wieder verkettete Ausgangswechselspannungen Urjg, Ugm, Umrj mit vermindertem Oberwellengehalt hervor gehen.

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Claims

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Patentansprüche

/ 1 ./Verfahren zur Steuerung einer aus mehreren, selbstgeführten ^^^ Wechselrichtern oder Umrichtern bestehenden Stromrichteranordnung zur Speisung von elektrischen Maschinen mit Spannungen oder Strömen verminderten Oberwellengehaltes bei einem Schaltbetrieb der Ventilstrecken der Wechselrichter oder Umrichter, bei welchem die Zündeinsätze durch die Schnittpunkte der zu erzeugenden Spannungen und einer Hilfsspannung veränderbarer Frequenz bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenlage der Hilfsspannungen der Wechselrichter oder Umrichter so gewählt ist, daß der Oberwellengehalt der zu erzeugenden Spannungen der Stromrichteranordnung ein Minimum wird.
2. Verfahren zur Steuerung einer aus mehreren, selbstgeführten Wechselrichtern oder Umrichtern bestehenden Stromrichteranordnung zur Speisung von elektrischen Maschinen mit Spannungen oder Strömen verminderten Oberwellengehaltes bei einem Schaltbetrieb der Ventilstrecken der Wechselrichter oder Umrichter, bei welchem die Zündeinsätze durch die Schnittpunkte der zu erzeugenden Spannungen und einer Hilfsspannung veränderbarer Frequenz bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Wechselrichter oder Umrichter mittels je einer Regeleinrichtung erfolgt, deren Soll-Istwerte der zu erzeugenden Spannungen mit der Hilfsspannung überlagert werden, und daß die Phasenlage :der .HilfBspannung¹-.goi gewählt ist, daß der Oberwellengjüialt der au erzeugenden Spannungen der Stromrichteranordnung ein Minimum wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Steuerung einer aus zwei selbstgeführten Wechselrichtern oder Umrichtern zusammengesetzten Stromrichteranordnung zur Erteugung einer einphasigen Wechselspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfespannungen der beiden Wechselrichter oder Umrichter Wechselspannungen sind, die zueinander um 180° el. phasenverschoben sind, wobei sich der Winkel 360° el. auf die Periodendauer dieser Weohselspannungen.bezieht.

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4· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Steuerung einer aus mehreren serbstgeführten Wechselrichtern oder Umrichtern zusammengesetzten Stromrichteranordnung zur Erzeugung einer einphasigen Wechselspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannungen . der Wechselrichter oder Umrichter Wechselspannungen sind, die zueinander symmetrisch phasenverschoben sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Steuerung einer aus drei serbstgeführten Wechselrichtern oder Umrichtern zusammengesetzten Stromrichteranordnung zur Erzeugung dreiphasiger Wechselspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannungen der drei Wechselrichter oder Umrichter Wechselspannungen sind, die zueinander die gleiche Phasenlage aufweisen.
6. Verfahren naoh Anspruch 1 oder 2 zur Steuerung einer aus Wechselrichtern oder Umrichtern bestehenden Stromrichteranordnung zur Erzeugung einer oder mehrerer Wechselspannungen veränderbarer Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannungen in an sich, bekannter Weise als Wechselspannungen mit einer relativ zur Frequenz der zu erzeugenden Wechselspannungen der Stromrichteranordnung hohen Frequenz ausgebildet sind.

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