DE1588760C3 - Einrichtung zur Zwangskommutierung eines mit einer Drehstrommaschine verbundenen Stromrichters - Google Patents

Description

Das Hauptpatent 12 46 861 bezieht sich auf eine Einrichtung zur Zwangskommutierung in einer Anordnung zur Steuerung der Drehzahl und der Drehrichtung einer über einen selbstgeführten Stromrichter an eine Gleichspannungsquelle veränderbarer Spannung angeschlossenen Drehstrommaschine mit einem Stromrichter, der aus einer Gegenparallelschaltung von zwei Drehstrom-Brückenschaltungen besteht, von denen die eine gesteuerte Hauptstromventile und die andere Freilaufventile enthält, mit je einer Kommutierungsdrossel in Reihe zu den Hauptstromventilen jeder Brückenhälfte, mit jedem Hauptstromventil zugeordnetem gesteuerten Kommutierungsventil, das in einem Löschkreis in Reihe mit einem jeweils für beide Hauptstromventile des gleichen Stranges der Brückenschaltung gemeinsamen Kommutierungskondensator dem zugehörigen Hauptslromventil parallel geschaltet ist und wobei die Kommutierungsdrosseln zur laslstromabhängigen Ladung der Kommutierungskondensatoren vorgesehen sind.

Bei der Einrichtung nach dem Hauptpatent 12 46 861 erfolgt bei einem Potentialwechsel der Phasenspannung an eine Klemme der angeschlossenen Drehstrommaschine der Übergang des Maschinenstroms vom Hauptstromventil auf das Freilaufventil in drei Abschnitten, nämlich der Löschung des Maschinenstroms im Hauptstromventil, dem Umschwingvorgang der Kondensatorladung des Kommutierungskondensators und der Kommutierung des Maschinenstroms auf das entsprechende Freilaufventil. Zur Deckung der Verluste im Löschkreis ist eine stromabhängige Nachladung der Kommutierungskondensatoren geeignet. Hierzu sind die Kommutierungsdrosseln so ausgelegt, daß die in ihnen gespeicherte Energie zur Nachladung der Kommutierungskondensatoren ausreicht. Neben der stromabhängigen Nachladung eines Kommutierungskondensators tritt zusätzlich noch eine spannungsabhängige Nachladung auf. Während der Kommutierung des Maschinenstroms auf das zugehörige Freilaufventil bestimmt die Differenzspannung aus dem Augenblickswert der Kondensatorspannung des Kommutierungskondensators und der Zwischenkreisspannung die Stromänderung des Kondensatorstroms. Die Höhe dieser Differenzspannung ist ein Maß für die spannungsabhängige Nachladung.

Es wurde nun erkannt, daß die zur Nachladung der Kommutierungskondensatoren erforderliche Energie in bestimmten Fällen verhältnismäßig gering sein kann, insbesondere bei Stromrichtern für große Leistungen mit entsprechend geringer Dämpfung im Löschkreis. In diesen Fällen kann die zur Nachladung der Kommutierungskondensatoren nicht benötigte Energie die Kondensatorspannung auf unzulässige Werte erhöhen. Da die Spannung eines Kommutierungskondensators als Sperrspannung am zugehörigen Hauptstromventil liegt, kann dieses bei überhöhter Kondensatorspannung mit unzulässigen Spannungswerten beansprucht werden. Durch eine Erhöhung der Kapazität der Kommutierungskondensatoren bei gleicher Induktivität im Löschkreis ist es zwar möglich, eine Überhöhung der Kondensatorspannung zu begrenzen. Damit steigt jedoch auch die Kreisfrequenz des Umschwingvorganges, die spannungsabhängige Nachladung und der Scheitelwert des Kondensatorstroms.
In Fig.4 des Hauptpatents sind den Kommutierungskondensatoren Begrenzungsdrosseln in Reihe geschaltet. Diese Begrenzungsdrosseln dienen zur Begrenzung der Stromänderungsgeschwindigkeit in den Hauptstromventilen und in den Kommutierungsventilen. Die Induktivität der Begrenzungsdrosseln ist stets klein gegenüber der Induktivität der Kommutierungsdrossel. Eine Begrenzung der Spannung der Kommutierungskondensatoren kann durch diese Begrenzungsdrosseln somit nicht vorgenommen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, die stromabhängige Nachladung der Kommutierungskondensatoren bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art zu vermindern. Dies ist insbesondere für Stromrichter großer Leistung von Bedeutung. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in jedem Löschkreis in Reihe mit dem Kommutierungsventil eine Umschwingdrossel angeordnet ist, die eine größere Induktivität besitzt als die Kommutierungsdrossel.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird der größere Teil der Induktivität der Kommutierungsdrossei in Form einer Umschwingdrossel in den Löschkreis verlagert. Aufgrund des Spannungsabfalls an der Umschwingdrossel im Löschkreis wird beim Zünden des Kommutierungsventils nicht die gesamte, sondern nur die um den genannten Spannungsabfall verringerte Ladespannung des Kommutierungskondensators als Sperrspannung am Hauptstromventil wirksam. Eine zu hohe Ladespannung am Kommutierungskondensator wird verhindert Die für ein Hauptstromventil erforderliche Schonzeit bleibt erhalten. Die Spannungsbeanspruchung der Hauptstromventile und die Strombeanspruchung der Löschventile wird verringert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihre in den Unteransprüchen näher gekennzeichneten Ausgestaltungen sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Das dargestellte Ausführungsbeispiel beruht auf der F i g. 4 des Hauptpatents 1246861.

Ein Motor 2 ist über einen Stromrichter 3 mit gesteuerten Hauptstromventilen 4 —9 in Drehstrombrükkenschaltung und Freilaufventilen 10 — 15 an eine Gleichspannungsquelle mit vorzugsweise veränderbarer Spannung angeschlossen, die beispielsweise ein gesteuerter Gleichrichter 36 sein kann, der von einem Drehstromnetz gespeist ist. Jedem jeweils an eine Motorwicklung angeschlossenen Brückenstrang mit Hauptstromventilen 4,7 bzw. 5,8 bzw. 6,9, die vorzugsweise als Thyristoren ausgebildet sein können, ist jeweils ein Kommutierungskondensator 21a bzw. 21b bzw. 21c zugeordnet Jeder Kommutierungskondensator ist jeweils in Reihe mit einem der gesteuerten Kommutierungsventile 22—27 einem der Hauptstromventile 4-9 parallel geschaltet Die Löschkreise für die Haupt-Stromventile des Stromrichters 3 enthalten jeweils eine Kommutierungsinduktivität.

Erfindungsgemäß werden die Kommutierungsinduktivitäten aufgeteilt in eine jeweils in Reihe mit einem der Hauptventile angeordnete Kommutierungsdrossel 16c/, 16e, 16/und 176,17e, 17 f, sowie in jeweils eine im Löschkreis der Hauptstromventile angeordnete Umschwingdrossel 16g, 16h, 16/ und 17g, 17Λ, 17 i. Die Umschwingdrosseln sind jeweils in Reihe mit einem Kommutierungsventil in einem Teil des Löschkreises angeordnet, der vor Beginn des Löschvorganges nicht vom Laststrom durchflossen ist. Die Umschwingdrosselri können vorteilhaft jeweils in der Verbindungsleitung des betreffenden Kommutierungsventils mit einem anderen Kommutierungsventil, das dem im gleichen Brückenstrang an die gleiche Motorwicklung angeschlossenen Hauptstromventil zugeordnet ist, nachgeordnet sein. Diese Anordnung hat den besonderen Vorteil, daß die Umschwingdrosseln zugleich auch die Stromanstiegsgeschwindigkeit an den in Reihe liegenden weiteren Kommutierungsventil begrenzen. Beispielsweise begrenzt die dem Kommutierungsventil 22 zugeordnete Umschwingdrossel 16g· zugleich auch die Stromanstiegsgeschwindigkeit am Kommutierungsventil 25 nach dessen Zündung. In gleicher Weise begrenzt die dem Kommutierungsventil 25 zugeordnete Umschwingdrossel YIg die Stromanstiegsgeschwindigkeit am Kommutierungsventil 22 nach dessen Zündung.

Damit die Umschwingdrosseln 16g, 16h, 16i, 17g, YIh, 17/ bei großen Lastströmen nicht in Sättigung gehen und damit eine ausreichende Schonzeit für die Hauptstromventile erhalten bleibt, können zweckmäßig Luftdrosseln als Umschwingdrosseln gewählt werden.

Durch die Spannungsaufteilung im Löschkreis entsprechend im Verhältnis der Induktivitäten der Kommutierungsdrossel zur Umschwingdrossel ergibt sich eine entsprechend verminderte Spannungsbeanspruchung der Hauptstromventile. In Verbindung mit einem angeschlossenen Motor 2 von beispielsweise 215 kW bei einer Eingangsgleichspannung von 500 V und Kommutierungskondensatoren von beispielsweise jeweils 220 uF bei einer Scheitelspannung von 800 V kann es zweckmäßig sein, Kommutierungsdrosseln mit jeweils 10 uH und Umschwingdrosseln mit jeweils 30 uH vorzusehen und somit die Gesamtinduktivität im Löschkreis im Verhältnis 1 :3 zwischen den Kommutierungsdrosseln und den Umschwingdrosseln aufzuteilen. Bei größeren Leistungen kann das Verhältnis der Induktivität der Kommutierungsdrosseln zur Induktivität der Umschwingdrosseln größer werden, beispielsweise etwa 1 :5.

Da nach der Erfindung die Kommutierungsventile im Löschkreis lediglich jeweils durch einen Teil der Spannung des Kommutierungskondensators beansprucht werden, kann die Kondensatorspannung ohne nachteiligen Einfluß auf die gesteuerten Hauptstromventile wesentlich erhöht werden. Da die strommäßige Beanspruchung der Kommutierungsventile bei vorgegebener Umschwingzeit durch den Umschwingfaktor, der als Verhältnis des zu löschenden Laststromes zum Scheitelwert des Umschwingstromes definiert ist, bestimmt wird, und da eine erhöhte Kondensatorspannung den Stromscheitelwert vermindert, so ist in der erfindungsgemäßen Einrichtung auch die strommäßige Beanspruchung der Kommutierungsventile entsprechend gering.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Zwangskommutierung in einer Anordnung zur Steuerung der Drehzahl und der Drehrichtung einer über einen selbstgeführten Stromrichter an eine Gleichspannungsquelle veränderbarer Spannung angeschlossenen Drehstrommaschine mit einem Stromrichter, der aus einer Gegenparallelschaltung von zwei Drehstrom-Brückenschaltungen besteht, von denen die eine gesteuerte Hauptstromventile und die. andere Freilaufventile enthält, mit je einer Kommütierungsdrossel in Reihe zu den Hauptstromventilen jeder Brückenhälfte, mit jedem Hauptstromventil zugeordnetem gesteuerten Kommutierungsventil, das in einem Löschkreis in Reihe mit einem jeweils für beide Hauptstromventile des gleichen Stranges der Brükkenschaltung gemeinsamen Kommutierungskondensator dem zugehörigen Hauptstromventil parallel geschaltet ist, und wobei die Kommutierungsdrosseln zur laststromabhängigen Ladung der Kommutierungskondensatoren vorgesehen sind, nach Patent 12 46 861, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Löschkreis in Reihe mit dem Kommutierungsventil (22 — 27) eine Umschwingdrossel (16,g; 16Λ, 16i, Yig, YIh, YIi) angeordnet ist, die eine größere Induktivität besitzt als die Kommutierungsdrossel (16c/, 16e, i6f, YId, YIe, YIf).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Induktivität einer Kommutierungsdrossel (z. B. \6d) zur Induktivität der Umschwingdrossel {}Sg) eines Löschkreises etwa 1 :3 bis 1 :5 beträgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Umschwingdrosseln (16g; 16Λ, \6i, Yig, YIh, YIi) Luftdrosseln vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Anzahl der Kommutierungsventile (22 — 27) übereinstimmende Anzahl von Umschwingdrosseln (16g; 16Λ, 16/, 17g; 17Λ, 17$ vorgesehen ist, und daß jeweils zwei Umschwingdrosseln (16g und YIg, 16Λ und 17/?, 16/ und YIi) mit zwei Kommutierungsventilen (22 und 25, 23 und 26, 24 und 27) in Reihe geschaltet sind, die zwei an den gleichen Strang der Maschinenwicklung angeschlossenen Hauptstromventilen (4 und 7,5 und 8,6 und 9) zugeordnet sind.