DE1638600B2 - PROCEDURE FOR COMMISSIONING AN INVERTER - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Wechselrichters, dessen Lastkreis *o einen Parallelschwingkreis aus einer induktiven Last und aus einem Kompensationskondensator enthält, mit gesteuerten Ventilen in Brückenschaltung, von denen jeweils die Ventile diagonaler Brückenzweige gleichzeitig gesteuert werden (Brown Boveri Mitteilungen, Bd. 53 [19661 Nr. 10, S. 693 bis 701).The invention relates to a method for commissioning an inverter whose load circuit * o contains a parallel resonant circuit from an inductive load and from a compensation capacitor, with controlled valves in a bridge circuit, each of which the valves diagonal bridge branches at the same time (Brown Boveri Mitteilungen, Vol. 53 [19661 No. 10, pp. 693 to 701).
Der Wechselrichter wird im allgemeinen über einen Gleichstromzwischenkreis an den Ausgang eines steuerbaren Stromrichters angeschlossen. Solche statischen Frequenzumformer mii Thyristoren sind bekanntlieh gut geeignet zur induktiven Erwärmung von elektrisch leitendem Material, insbesondere zum Schmelzen, Glühen und Härten von Metall. Die Eingangsleitung des Wechselrichters enthält im allgemeinen eine Glättungsdrossel, die zur Entkopplung der Gleichspannungsquelle vom Wechselrichter dient.The inverter is generally connected to the output of a DC link via a DC link controllable converter connected. Such static frequency converters with thyristors are known well suited for inductive heating of electrically conductive material, especially for Melting, annealing and hardening of metal. The input line of the inverter generally contains a smoothing choke, which is used to decouple the DC voltage source from the inverter.
Bei einem derrrtigen, einen Parallelschwingkreis speisenden Wechselrichter können sich u. U. Schwierigkeiten bei der Inbetriebnahme ergeben, weil Eigenfrequenz und Dämpfung des Parallelschwingkreises nicht ohne weiteres bekannt sind. Zum Anschwingen des Parallelschwingkreises müssen nämlich verschiedene physikalische Bedingungen gleichzeitig eingehalten werden. Bei der bekannten Anordnung ist deshalb eine besondere Starteinrichtung vorgesehen, die aus einer dem Eingang des Wechselrichters parallelgeschalteten Vorstrc.neinricht'jng für die Glättungsdrossel im Gleichstromzwischenkreis und einer im Lastkreis angeordneten Anschwingeinrichtung besteht. Die Vorstromeinrichtung enthält eine Reihenschaltung eines Widerstandes mit einem geeigneten Schalter, z. B. einem Thyristor. Kurz vor dem Startaugenblick des Wechselrichters wird der Schalter eingeschaltet, und die speisende Gleichspannungsquelle liefert über die Glättungsdrossel des Gleichstromzwischenkreises einen Vorstrom, der durch die Größe des Widerstandes bestimmt wird. Die Anschwingeinrichtung im Lastkreis des Wechselrichters enthält einen Startkondensator, der von einer Fremdspannungsquelle eine geeignete Ladung erhält, und im Startaugenblick über einen geeigneten Schalter, z. B. einen Thyristor, auf den Parallelschwingkreis geschaltet wird. Zum Anschwingen des Parallelschwingkreises wird der Startkondensator auf den Parallelschwingkreis geschaltet. Dadurch entsteht am Parallelschwingkreis eine abklingende Schwingung, die von der Steuerungseinrichtung erfaßt wird, welche geeignete Zündimpulse für die gesteuerten Ventile des Wechselrichters liefert. Bereits mit der ersten Halbschwingung werden die Ventile der zugeordneten Diagonals der Brückenschaltung gezündet; sie übernehmen den in der Glättungsdrossel fließenden Gleichstrom. Diese Starteinrichtung hat den Nachteil, daß sie für den Wechselrichter einen verhältnismäßig großen Aufwand darstellt.With such an inverter feeding a parallel resonant circuit, difficulties may arise result during commissioning because the natural frequency and damping of the parallel resonant circuit are not are readily known. For the parallel resonant circuit to start to oscillate, different physical conditions are met at the same time. In the known arrangement is therefore a special starting device is provided, which consists of a parallel-connected to the input of the inverter Vorstrc.neinricht'jng for the smoothing throttle in DC link and an oscillating device arranged in the load circuit. The pre-flow device contains a series connection of a resistor with a suitable switch, e.g. B. a thyristor. Shortly before the inverter starts up, the switch is switched on and the The DC voltage source supplies the DC link via the smoothing choke a bias current, which is determined by the size of the resistance. The oscillation device in the load circuit The inverter contains a starting capacitor that is suitably charged by an external voltage source receives, and at the start of a suitable switch, z. B. a thyristor on the Parallel resonant circuit is switched. The starting capacitor is used to start the parallel resonant circuit switched to the parallel resonant circuit. This creates a decaying effect on the parallel resonant circuit Vibration, which is detected by the control device, which suitable ignition pulses for the controlled Valves of the inverter supplies. The valves of the assigned diagonal of the bridge circuit ignited; they take over that in the smoothing throttle flowing direct current. This starting device has the disadvantage that it is one for the inverter represents a relatively large effort.
Aus der deutschen Patentschrift 6 89 573 ist ein Wechselrichter bekannt, bei dem die Reihenschaltung aus einem ersten steuerbaren Ventil, einer mittelangezapften Kommutierungsdrossel und einem zweiten steuerbaren Ventil über eine Kondensator-Drosselspulen-Kombination an eine Gleichspannungsquelle geschaltet ist Parallel zu dieser Reihenschaltung liegt die Serienschaltung von einem ersten und einem zweiten Kondensator. Der Verbindunespunkt dieser beiden Kondensatoren ist über die Primärwicklung eines Transformators an die Mrttelanzapfung der Kommutierungsdrossel angeschlossen. Die Sekundärwicklung des Transformators speist eine Last. Im Normalbetrieb werden die beiden steuerbaren Ventile abwechselnd gezündet. Wird dem ersten Ventil ein Zündimpuls gegeben, dann fließt von der Gleichspannungsquelle über dieses erste Ventil und den zweiten Kondensator ein stetig ansteigender Strom, der diesen zweiten Kondensator auflädt. Mit zunehmender Ladung des zweiten Kondensators nimmt der über diesen Kondensator fließende Strom ab. Nach einer gewissen Zeit hat die Spannung des zweiten Kondensators ihren maximalen Wert erreicht, und der über den zweiten Kondensator fließende Strom ist Null. Danach, also bei annähernd Strom-Null, wird das zweite Ventil gezündet, und ein entsprechender Ladevorgang spielt sich am ersten Kondensator ab.From the German patent specification 6 89 573 an inverter is known in which the series connection from a first controllable valve, a center-tapped commutation choke and a second controllable valve connected to a DC voltage source via a capacitor-inductor combination is parallel to this series connection is the series connection of a first and a second Capacitor. The connection point of these two capacitors is via the primary winding Transformer to the mortar tap of the commutation reactor connected. The secondary winding of the transformer feeds a load. In normal operation the two controllable valves are ignited alternately. The first valve receives an ignition pulse given, then flows from the DC voltage source via this first valve and the second capacitor a steadily increasing current that charges this second capacitor. As the charge of the second capacitor, the current flowing through this capacitor decreases. After a certain time the voltage of the second capacitor reaches its maximum value, and that across the second Capacitor flowing current is zero. Then, i.e. when the current is almost zero, the second valve is ignited, and a corresponding charging process takes place on the first capacitor.
Diese Druckschrift behandelt den normalen Betrieb des beschriebenen Wechselrichters, so daß ihr keine Anregungen zur Inbetriebnahme eines Wechselrichters zu entnehmen sind. Weiterhin enthält der Wechselrichter keinen Laitkreis mit Parallelschwingkreis, so daß auf Schwierigkeiten beim Anschwingen eines solchen Parallelschwingkreises nicht eingegangen wird. Schließlich ist auch in keiner Weise ersichtlich, von weichen physikalischen Größen die Zündimpulse abgeleitet werden können, wenn der erste und zweite Kondensator durch steuerbare Ventile ersetzt sind.This document deals with the normal operation of the inverter described, so that you do not Suggestions for commissioning an inverter can be found. The inverter also contains no Lait circuit with a parallel resonant circuit, so that there are difficulties in starting such a circuit Parallel resonant circuit is not entered. Finally, it is also in no way apparent from soft physical quantities the ignition pulses can be derived if the first and second capacitor are replaced by controllable valves.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, für einen Wechselrichter, dessen Lastkreis einen Parallelschwingkreis aus einer induktiven Last und aus einem Kompensationskondensator enthält, mit gesteuerten Ventilen in Brückenschaltung, von denen jeweils die Ventile diagonaler Brückenzweige gleichzeitig gesteuert werden, ein Verfahren zur Inbetriebnahme anzugeben, das ohne besondere Starteinrichtung auskommt. The invention is therefore based on the object for an inverter whose load circuit is a Contains parallel resonant circuit from an inductive load and from a compensation capacitor, with controlled Valves in a bridge circuit, each of which has the valves diagonal bridge branches at the same time be controlled to specify a method for commissioning that does not require a special starting device.
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß wesentliche zusätzliche Einrichtungen für die Inbetriebnahme des bekannten Wechselrichters vermieden werden können, wenn dafür gesorgt ist, daß im Startaugenblick die Anschwingbedingungen für den Parallelschwingkreis erfüllt sind. Dazu muß dem Parallelschwingkreis während einer Schwingung mehr Energie zugeführt werden als bei der vorhergehenden Schwingung an Verlusten aufgetreten sind. Der Kompensationskondensator muß im Zündzeitpunkt der für die entgegengesetzte Stromrichtung zuständigen Thyristoren eine ausreichende Ladung und das richtige Polaritätsvorzeichen haben. Außerdem müssen die erlöschenden Ventile eine ausreichende Schonzeit erhalten.The invention is based on the knowledge that essential additional facilities for commissioning of the known inverter can be avoided if it is ensured that in At the start, the oscillation conditions for the parallel resonant circuit are met. To do this, the Parallel resonant circuit can be supplied with more energy during an oscillation than in the previous one Vibration of losses have occurred. The compensation capacitor must be at the ignition point the thyristors responsible for the opposite current direction have a sufficient charge and the right one Have polarity sign. In addition, the valves that go out must have a sufficient period of rest obtain.
Diese genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß in der Startphase die Ventile diagonaler Brückenzweige abwechselnd bei wenigstens annähernd Strom-Null im Kompensationskondensator gezündet werden. SThis stated object is achieved according to the invention in that the valves are in the starting phase diagonal bridge branches alternate with at least approximately zero current in the compensation capacitor be ignited. S.
Zur Inbetriebnahme des Wechselrichters braucht man also lediglich den Stromnulldurchgang ;m Korapensationskondensator zu erfassen. Zu diesem Zweck kann unmittelbar der Strom gemessen werden oder der Stromnulldurchgang kann mittelbai erfaßt, beispielsweise aus dem Scheitelwert der Spannung abgeleitet werden. Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß der Kompensationskondensator im Stromnulldurchgang gerade seine höchste Ladung hat und damit die ausreichende Energiezuführung zum Parallelschwingkreis sichergestellt ist Werden bei Strom-Nuii im Kompensationskondensator die Ventile der anderen Brückendiagonale gezündet, so springt der Strom im Kompensationskondensator in der Gegenrichtung auf den doppelten Momentanwert des Zwischenkreisstromes und schwingt dann angenähert sinusförmig weiter.To start up the inverter, you only need the current zero crossing ; m Corapensationskondensator to detect. For this purpose, the current can be measured directly or the current zero crossing can be detected indirectly, for example derived from the peak value of the voltage. The invention is based on the consideration that the compensation capacitor has its highest charge when the current passes through zero and thus sufficient energy supply to the parallel resonant circuit is ensured twice the instantaneous value of the intermediate circuit current and then continues to oscillate approximately sinusoidally.
Nach Beendigung des Anschwingvorganges ist es dann ohne weiteres möglich, die Steuerung des Wechselrichters so zu beeinflussen, daß er mit möglichst gutem Leistungsfaktor arbeitet Dazu werden die Zündimpulse für die Thyristoren gegen den Nulldurchgang der Schwingkreisspannung verschoben, von dem sie lediglich einen ausreichenden Abstand einhalten müssen, um ein Wechselrichterkippen zu vermeiden.Das Verfahren nach der Erfindung wird an Hand einer Zeichnung näher erläutert °After the oscillation process has ended, it is then easily possible to control the To influence the inverter so that it works with the best possible power factor Triggering pulses for the thyristors shifted towards the zero crossing of the resonant circuit voltage, from which they just have to keep a sufficient distance to prevent the inverter from tipping over The method according to the invention is explained in more detail with reference to a drawing
In F i g. 1 ist die Schaltung eines Wechselrichters mit einem Parallelschwingkreis schematisch veranschaulicht; In Fig. 1 is a schematic illustration of the circuit of an inverter with a parallel resonant circuit;
F i g. 2 ze'gt einen Stromkreis mit einzelnen Bauelementen der F i g. 1;F i g. 2 shows a circuit with individual components the F i g. 1;
in Fig.3 sind Strom und Spannung des Parallelschwingkreises in Abhängigkeit von der Zeit in einem Diagramm dargestellt.in Fig.3 are the current and voltage of the parallel resonant circuit shown in a diagram as a function of time.
Fig. 1 zeigt einen bekannten Wechselrichter mit gesteuerten Ventilen 2 bis 5 die vorzugsweise Thyristoren oder auch jeweils eine Gruppe von Thyristoren sein können, dessen Lastkreis einen Parallelschwingkreis aus einer induktiven Last 9, beispielsweise dem Induktor eines Induktionsschmelzofens, und einem Kompensationskondensator 10 enthält. Der Wechselrichter ist über einen Gleichstromzwischenkreis an eine Gleichspannungsquelle 7 angeschlossen, die als Gleichrichter dargestellt ist und beispielsweise ein gesteuerter Stromrichter sein kann. Der Gleichstromzwischenkreis enthält eine Glättungsdrossel 6, deren Induktivität als groß gegen die Induktivität der induktiven Last 9 angesehen werden kann.Fig. 1 shows a known inverter with controlled valves 2 to 5, which are preferably Thyristors or a group of thyristors can each have a load circuit Parallel resonant circuit from an inductive load 9, for example the inductor of an induction melting furnace, and a compensation capacitor 10. The inverter is via a DC link connected to a DC voltage source 7, which is shown as a rectifier and, for example can be a controlled power converter. The DC link contains a smoothing choke 6, the inductance of which can be regarded as large compared to the inductance of the inductive load 9.
In F1 g. 2 ist zur Erläuterung des Anschwingvorganges ein Stromkreis aus der F i g. 1 dargestellt, welcher die beiden sich diagonal gegenüberliegenden Ventile 4 und 5, die Glättungsdrossei 6, die Gleichspannungsquelle 7 und den Parallelschwingkreis mit der induktiven Last 9 und dem Kompensationskondensator 10 enthältIn F1 g. 2 is to explain the oscillation process a circuit from FIG. 1, which the two diagonally opposite valves 4 and 5, the smoothing throttle 6, the DC voltage source 7 and the parallel resonant circuit with the inductive Load 9 and the compensation capacitor 10 contains
Nach Fig.3 soll zur Inbetriebnahme des Wechselrichters nach Fi g. 1 zur Zeit I0 den Ventilen 2 und 3 ein Zündimpuls vorgegeben werden. Dann fließt von der Gleichspannungsquelle 7 über die Glättungsdrossei 6 und die Ventile 2 und 3 sowie parallel über die induktive Last 9 und den Kompensationskondensator 10 ein stetig ansteigender Zwischenkrcissirom ίΛ welcher den Kompensationskondensator 10 auflädt Mit zunehmender Ladung des Kompensationskondensators 10 nimmt der über den Kompensationskondensator 10 fließende Strom ic ab. Zur Zeit I1 hat die Spannung uc des Kompensationskondensators 10 ihren maximalen Wert erreicht der über den Kompensationskondensator 10 fließende Strom ic ist Null, und der gesamte Zwischenkreisatrom /, fließt über die induktive Last 9.According to Figure 3, to start up the inverter according to Fi g. 1 an ignition pulse can be given to valves 2 and 3 at time I 0. Then flows from the DC voltage source 7 via the smoothing throttle 6 and the valves 2 and 3 as well as in parallel via the inductive load 9 and the compensation capacitor 10, a steadily increasing Zwischenkrcissirom ί Λ which charges the compensation capacitor 10 flowing current ic . At time I 1 , the voltage u c of the compensation capacitor 10 has reached its maximum value, the current i c flowing via the compensation capacitor 10 is zero, and the entire intermediate circuit current / i flows via the inductive load 9.
In diesem Zeitpunkt fi werden die Ventile 4 und 5 nach F i g. 2 gezündet Die induktive Last 9 behält, ihren fließenden Laststrom /j. bei, der sich über den Kompensationskondensator 10 schließt, sobald die Ventile 2 und 3 erlöschen. Zusätzlich fließt der Strom iL in der Glättungsdrossei 6 über die Ventile 4 und 5, so daß der Strom ic im Kompensationskondensator 10 auf den doppelten Wert des Laststromes k anspringt und die Energie des Kompensationskondensators 10 über die induktive Last 9 umschwingtAt this point in time fi the valves 4 and 5 according to FIG. 2 ignited The inductive load 9 retains its flowing load current / j. at, which closes via the compensation capacitor 10 as soon as valves 2 and 3 go out. In addition, the current i L in the smoothing throttle 6 flows through the valves 4 and 5, so that the current i c in the compensation capacitor 10 jumps to twice the value of the load current k and the energy of the compensation capacitor 10 swings around via the inductive load 9
Zur Zeit /2 ist die Umschwingung beendet, und der Kondensatorstrom ic ist Null, so daß wieder die beiden anderen Ventile 2 und 3 für die entgegengesetzte Stromrichtung gezündet werden können. Die Zündung der Ventile im Startbetrieb erfolgt somit jeweils im Zeitpunk» des Maximums der Kondensatorspannung u^ At time / 2 the reversal is ended and the capacitor current i c is zero, so that the other two valves 2 and 3 can be ignited again for the opposite current direction. The ignition of the valves in start-up operation thus takes place at the point in time »of the maximum of the capacitor voltage u ^
Um eine möglichst hohe Amplitude der ersten Halbschwingung zu erzielen, ist es zweckmäßig, die Gleichspannung für den Startvorgang möglichst hoch zu wählen. Sie kann aber bereits nach wenigen Schwingungen zurückgenommen werden, um unzulässig hohen Zwischenkreisstrom oder Schwingkreisspannung zu verhindern. Dazu kann eine Begrenzungsregelung für den Zwischenkreisstrom und die Schwingkreisspannung dienen.In order to achieve the highest possible amplitude of the first half oscillation, it is advisable to use the Select the DC voltage for the starting process as high as possible. But you can already after a few Oscillations are reduced to an impermissibly high intermediate circuit current or resonant circuit voltage to prevent. A limitation control for the intermediate circuit current and the resonant circuit voltage can be used for this purpose to serve.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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