Einrichtung zur Zwangskommutierung eines mit einer Drehstrommaschine
verbundenen Stromrichters. Das Hauptpatent (Anmeldung S 93 198 VIIIb/21c, DAS 12¢6
861) betrifft eine Einrichtung zur Zwangskommutierung in einer Anordnung zur Steuerung
der Drehzahl und Drehrichtung einer über einen selbstgeführten Stromrichter mit
gesteuerten Hauptventilen in Drehstrombrückenschaltung an eine Gleichspannungsquelle
mit vorzugsweise veränderbarer Spannung angeschlossenen Drehstrommaschine. In Reihe
zu den Hauptventilen jeder Brückenhälfte ist jeweils eine Kommutierungsdrossel angeordnet.
Den Hauptventilen ist je ein gesteuertes Löschventil zugeordnet, das in Reihe mit
einem jeweils für beide Hauptventile des gleichen Stranges der Brückenschaltung
gemeinsamen Kommutierungskondensator dem zugehörigen Hauptventil parallelgeschaltet
ist. Die Kommutierungsdrosseln sind so ausgelegt, daB sie den Kommutierungskondensatoren
eine ausreichende Nachladung zuführen können.-Bei einem Potentialwechsel der Phasenspannung
an einer Klemme der angeschlossenen Drehstrommaschine erfolgt der Übergang des Maschinenstromes
vom Hauptventil auf das Freilaufveritil im wesentlichen in drei Einzelvorgängen,
nämlich der Löschung des Maschinenstromes im Hauptventil, der Umschwingung der Kondensatorladung
und der Kommutierung des Maschinenstromes auf das. entsprechende Freilaufventil,
wie aus der Beschreibung der
Hauptanmeldung hervorgeht. Zur Deckung
der Verluste im Umschwingkreis ist eine stromabhängige Nachladung der Kommutierungskondensatoren
geeignet. Die Kommutierungsdrosseln sind so ausgelegt, daß ihre gespeicherte Energie
zur Nachladung der Kommutierungskondensatoren ausreicht. Neben der stromabhängigen
Nachladung des Kommutierungskondensators tritt zusätzlich noch eine spannungsabhängige
Nachladung auf. Während der Kommutierung des Maschinenstromes auf das zugehörige
Freilaufventil bestimmt die Differenzspannung aus dem Augenblickswert der Kommutierungskondensatorspannung
und der Zwischenkreisspannung die Stromänderung des Kondensatorstromes. Die Höhe
der Differenzspannung ist ein Maß für die spannungsabhängige Nachladung. Es wurde
nun erkannt, daß die zur Nachladung der Kommutierungskondensatoren erforderliche
Energie u.U. verhältnismäßig gering sein kann, insbesondere bei Umrichtern für große
Leistung mit entsprechend geringer Dämpfung im Umschwingkreis. Dann kann die zur
Nachladung der Kommutierungskondensatoren nicht benötigte Energie die Kondensatorspannung
auf unzulässige Werte erhöhen. Da die Kondensatorspannung als Sperrspannung am Hauptthyristor
liegt, wird der Hauptthyristor mit unzulässigen Spannungswerten beansprucht. Eine
Verminderung der Kondensatorsptinnung ist zwar durch eine Erhöhung der Kommutierungskapazität
bei fester Ladeinduktivität möglich. Damit erhöhen sich jedoch auch die Kreisfrequenz
des Umschwingvorganges, die spannungsabhängige Nachladung lind der Scheitelwert
des Kondensatorstromes. E:, wird somit eine Schaltung angestrebt, die sowohl eins
geringe Nachladeenergie bereitstellt fas auch zutTLeich die Spannungsbeanspruchung
der Hauptthyristoren und die S trombeanspruchung der
Löschthyristoren
vermindert. Damit die spannungsabhängige Nachladung der Kommutierungskondensatoren
möglichst klein gehalten werden kann, sind die Bauelemente des Kommutierungskreises
bei konstanter Kreisfrequenz so auszulegen, daß die Scheitelspannung am Kommutierungskondensator
größer ist als die Eingangsgleichspannung des Stromrichters. Sie beträgt im allgemeinen
den doppelten Betrag der Gleichspannung. Eine große Differenzspannung zwischen der
Kondensatorspannung und der Gleichspannung bewirkt ein schnelles Abklingen des Umschwingstromes
und damit eine entsprechende geringe spannungsabhängige Nachladung. Eine Verminderung
der Induktivität der Kommutierungsdrosseln, d.h. eine Verminderung der stromabhängigen
Nachladeenergie ist aber nicht ohne weiteres möglich, weil für das jeweils gelöschte
Hauptventil eine ausreichende Schonzeit sichergestellt werden muß, die von der Umschwingzeit
im Kommutierungskreis und somit von der Induktivität im Kommutierungskreis abhängig
ist. Nach der Erfindung kann nun sowohl die stromabhängige Ladeenergie der Kommutierungsdrosseln
vermindert als auch eine ausreichende Schonzeit für die Thyristoren gewährleistet
werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,daß eine Aufteilung der
Kommutierungsdrossel in eine in Reihe mit jeweile
einem der Hauptventile
angeordnete Ladedrossel und eine im Zöschkreie des gleichen Hauptventils angeordnete
Umschwingdrossel vorgesehen ist. Die Umsehwingdro$sel dient zugleich zur Begrenzung
des Stromanstiegs im Kommutierungskreis und die Induktivität der Umschwingdrossel
beeinflußt die Um-1
schwingzeit des Kommutierungskondensators derart, daß
eine ausreichende Schonzeit für das jeweils gelöschte Hauptventil sichergestellt
ist. Die Induktivität der Umschwingdrossel ist deshalb im allgemeinen größer als
die Induktivität der Ladedrossel. Nach der Erfindung können die Kommutierungsdrosseln
vorzugsweise in einem Verhältnis aufgeteilt werden, daß sich die Induktivität der
Ladedrossel zur Induktivität der Umschwingdrossel wenigstens wie 1:3 verhält. Eine
besonders vorteilhafte Anordnung der Umschwingdrosseln ist aus der Zeichnung zu
entnehmen, die im wesentlichen der Figur 4 der Hauptanmeldung entspricht. Ein Motor
2 ist über einem Stromrichter 3 mit gesteuerten Hauptventilen 4 bis 9 in Drehstrombrückenschültung
und Freilaufventilen 10 bis 15 an eine Gleichspannungsquelle mit vorzugsweise veränderbarer
Spannung angeschlossen, die beispielsweise ein gesteuerter Gleichrichter 36 sein
kann, der von einem Drehstromnetz gespeist werden soll. Den jeweils an eine Motorwicklung
angeschlossenen Hauptventilen, die vorzugsweise Thyristoren sein können, ist jeweils
ein Kommutierungskondensator 21a bzw. 21b bzw. 21c zugeordnet, die jeweils in Reihe
mit einem der gesteuerten Löschventile 22 bis 27 einem der Hauptventile
parallelschaltbar
sind. Die Kommutierungskreise für die Hauptventile des Stromrichters 3 enthalten
jeweils eine Drossel. Die Wirkungsweise der Anordnung ist in der Hauptanmeldung
ausreichend.beschrieben.Device for forced commutation of a converter connected to a three-phase machine. The main patent (application S 93 198 VIIIb / 21c, DAS 12 ¢ 6 861) relates to a device for forced commutation in an arrangement for controlling the speed and direction of rotation of a three-phase machine connected via a self-commutated converter with controlled main valves in three-phase bridge circuit to a direct voltage source with preferably variable voltage . A commutation throttle is arranged in series with the main valves of each bridge half. A controlled extinguishing valve is assigned to each of the main valves, which is connected in series with a commutation capacitor common to both main valves of the same branch of the bridge circuit and in parallel with the associated main valve. The commutation chokes are designed in such a way that they can supply the commutation capacitors with sufficient recharging. -When the phase voltage changes at a terminal of the connected three-phase machine, the machine current is transferred from the main valve to the freewheeling valve essentially in three separate processes, namely the deletion of the machine current in the Main valve, the oscillation of the capacitor charge and the commutation of the machine current on the corresponding free-wheeling valve, as can be seen from the description of the main application. Current-dependent recharging of the commutation capacitors is suitable to cover the losses in the oscillating circuit. The commutation reactors are designed so that their stored energy is sufficient to recharge the commutation capacitors. In addition to the current-dependent recharging of the commutation capacitor, voltage-dependent recharging also occurs. During the commutation of the machine current to the associated free-wheeling valve, the differential voltage from the instantaneous value of the commutation capacitor voltage and the intermediate circuit voltage determines the current change in the capacitor current. The level of the differential voltage is a measure of the voltage-dependent recharge. It has now been recognized that the energy required to recharge the commutation capacitors may be relatively small, in particular in the case of converters for high power with correspondingly low damping in the oscillating circuit. The energy not required to recharge the commutation capacitors can then increase the capacitor voltage to impermissible values. Since the capacitor voltage is applied to the main thyristor as reverse voltage, the main thyristor is subjected to impermissible voltage values. It is true that a reduction in the capacitor co-ordination is possible by increasing the commutation capacity with a fixed charging inductance. However, this also increases the angular frequency of the oscillation process, the voltage-dependent recharging and the peak value of the capacitor current. E :, a circuit is sought that provides both low recharging energy and also reduces the voltage stress on the main thyristors and the current stress on the quenching thyristors. So that the voltage-dependent recharging of the commutation capacitors can be kept as small as possible, the components of the commutation circuit at a constant angular frequency must be designed so that the peak voltage on the commutation capacitor is greater than the DC input voltage of the converter. It is generally twice the amount of the direct voltage. A large differential voltage between the capacitor voltage and the DC voltage causes the ringing current to decay quickly and thus a correspondingly low voltage-dependent recharge. A reduction in the inductance of the commutation chokes, i.e. a reduction in the current-dependent recharging energy, is not possible without further ado, because a sufficient recovery time must be ensured for the respective deleted main valve, which depends on the oscillation time in the commutation circuit and thus on the inductance in the commutation circuit. According to the invention, both the current-dependent charging energy of the commutation reactors can now be reduced and a sufficient recovery time for the thyristors can be ensured. According to the invention, this object is achieved in that the commutation choke is divided into a charging choke arranged in series with one of the main valves and a reversing choke arranged in the ringing circle of the same main valve. The Umsehwingdro $ sel also serves to limit the current rise in the commutation circuit and the inductance of Umschwingdrossel affects the environmental 1 vibrating time such the commutation capacitor, that a sufficient grace period is ensured for the respective main valve deleted. The inductance of the reversing choke is therefore generally greater than the inductance of the charging choke. According to the invention, the commutation chokes can preferably be divided in a ratio such that the inductance of the charging choke is at least 1: 3 in relation to the inductance of the reversing choke. A particularly advantageous arrangement of the reversing throttles can be seen from the drawing, which essentially corresponds to FIG. 4 of the main application. A motor 2 is connected via a converter 3 with controlled main valves 4 to 9 in three-phase bridge circuit and free-wheeling valves 10 to 15 to a direct voltage source with preferably variable voltage, which can be, for example, a controlled rectifier 36 that is to be fed from a three-phase network. Each of the main valves connected to a motor winding, which can preferably be thyristors, is assigned a commutation capacitor 21a or 21b or 21c, each of which can be connected in series with one of the controlled extinguishing valves 22 to 27 of one of the main valves. The commutation circuits for the main valves of the converter 3 each contain a choke. The mode of operation of the arrangement is sufficiently described in the main application.
Nach der Erfindung werden die Kommutierungsdrosseln aufgeteilt in
eitle in Reihe mit jeweils einem-der Hauptventile angeordnete Ladedrossel 16d, 16e,
16f und 17b, 17e und 17f sowie in jeweils eine im Löschkreis der Hauptthyristoren
angeordnete Umschwingdrossel 16g, 16h, 16i bzw. 17g, 17h und 171. Die Umschwingdrosseln
sind jeweils in Reihe mit einem Löschventil in einem Teil des Löschstromkreises
angeordnet, der vor Beginn des Löschvorganges nicht vom Laststrom durchflossen ist.
Sie können vorteilhaft jeweils in der Verbindungsleitung des betreffenden . Löschventils
mit einem anderen Löschventil, das dem an die gleiche Motorwicklung angeechloesenen
Hauptventil zugeordnet ist, angeordnet sein. Diese Anordnung hat den besonderen
Vorteil, daß die Umschwingdrosseln zugleich auch den Spannungsanstieg an dem in
Reihe liegenden weiteren Löschventil übernehmen. Die beispielsweise dem Löschventil
22 zugeordnete Umschwingdrossel 16 g begrenzt zugleich den Spannungsanstieg am Löschventil
25 nach dessen Zündung. In gleicher Weise übernimmt die dem Löschventil 25 zugeordnete
Umschwingdrossel 17g die Begrenzung des Spannungsanstiegs am Löschventil 22. Damit
die Umschwingdrosseln bei großen Lastströmen nicht in 'Sättigung gehen und eine
vorbestimmte Schonzeit für die Iiaupttriyrlstor(@ri erhalten bleibt, können
zweckmäßig Luf t(1roaßeln pewühl. t wehurc@t@ <ii e Spannungsaufteilung im Kommutleruriirnkrels
erztg;)recitierid tief- Iiiduktivität
der Ladedrossel 16b bis 16f
bzw. 17d bis 17f und der Induktivität der Umschwingdrosseln 16g bis 16i bzw. 17p
bis 17i ergibt sich eine entsprechend verminderte Spannungsbeanspruchung der Hauptventile
4 bis 9. In Verbindung mit einem angeschlossenen Motor 2 von beispielsweise 215
kW bei einer Eingangsgleichspannung-Von 500 V und Kommutierungskondensatoren 21s,
bis 21c von beispielsweise jeweils 220 /uF bei einer Scheitelspannung von 800 V
kann es zweckmäßig sein, Ladedrosseln mit jeweils 10 / UH und.Umachwingdrosseln
mit 30 /uH vorzusehen und somit die Kommutier-zngsinduktivität im Verhältnis von
1:.3 aufzuteilen. Bei größeren Leistungen kann das Verhältnis der Ladeinduktivität
zur Umechwinginduktivität größer werden, beispielsweise etwa 1:5. According to the invention, the commutation chokes are divided into a series of charging chokes 16d, 16e, 16f and 17b, 17e and 17f arranged in series with one of the main valves, as well as a reversing choke 16g, 16h, 16i or 17g, 17h arranged in the quenching circuit of the main thyristors and 171. The reversing throttles are each arranged in series with an extinguishing valve in a part of the extinguishing circuit through which the load current does not flow before the extinguishing process begins. You can advantageously each in the connection line of the relevant. Extinguishing valve can be arranged with another extinguishing valve which is assigned to the main valve connected to the same motor winding. This arrangement has the particular advantage that the reversing throttles also take over the voltage rise at the further extinguishing valve in series. The reversing throttle 16 g assigned, for example, to the extinguishing valve 22 at the same time limits the voltage increase at the extinguishing valve 25 after its ignition. Similarly, the limitation takes the extinguishing valve 25 associated Umschwingdrossel 17g of the voltage rise at the extinguishing valve 22. In order for the Umschwingdrosseln not go for large load currents in Sated and a predetermined closed season for Iiaupttriyrlstor (@ri remains, may conveniently Luf t (1roaßeln pewühl .t wehurc @ t @ <ii e voltage distribution in the commutation ring erztg;) recitierid low-inductance of the charging choke 16b to 16f or 17d to 17f and the inductance of the reversing chokes 16g to 16i or 17p to 17i results in a correspondingly reduced voltage stress on the main valves 4 to 9. In connection with a connected motor 2 of, for example, 215 kW with an input DC voltage of 500 V and commutation capacitors 21s to 21c of, for example, 220 / uF each with a peak voltage of 800 V, it can be useful to use charging chokes with 10 / UH and Umachwing chokes with 30 / uH and thus the commuti to divide the external inductance in the ratio of 1: .3. In the case of greater powers, the ratio of the charging inductance to the reversing inductance can be greater, for example about 1: 5.
Da im Kommutierungskreis nach der Erfindung die gesteuerten Ventile
lediglich jeweils durch einen Teil der hondensatorspannung beansprucht werden, so
kann die Kondensatorspannung im Komcrrutierungskreis nach der Erfindung ohne nachteiligen
Ei.nfluß auf die gesteuerten Hauptventile wesentlich erhöht werden. .)a die s trocnmäßige
Beanspruchung der Löschthyristoren bei vorgegebener Um-schwingzeit durch den Überschwingfaktor,
das ist das Verhältnis des zu löschenden Laststromes zum Scheitelwert des Umschwingstromes,
bestimmt wird, und eine erhöhte Kondensatorspannung den Stromscheitelwert vermindert,
so ist in der Einrichtung nach der Erfindung auch die strommäßige Beanspruchung
der Übschthyristoren entsprechend gering.Since in the commutation circuit according to the invention, the controlled valves
are only claimed by part of the capacitor voltage, so
can the capacitor voltage in Komcrrutierungskreis according to the invention without disadvantageous
Influence on the controlled main valves can be increased significantly. .) a dry one
Stress on the quenching thyristors for a given oscillation time due to the overshoot factor,
this is the ratio of the load current to be canceled to the peak value of the oscillation current,
is determined, and an increased capacitor voltage reduces the current peak value,
so is the current load in the device according to the invention
of the usual thyristors correspondingly low.