DE1638600C3

DE1638600C3 - Procedure for commissioning an inverter

Info

Publication number: DE1638600C3
Application number: DE19671638600
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Wesselak
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-09-01
Filing date: 1967-09-01
Publication date: 1977-03-10

Description

Dia Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Wechselrichters, dessen Lastkreis *> einen Parallelschwingkreis aus einer induktiven Last und aus einem Kompensationskondensaior enthält, mit gesteuerten Ventilen in Brückenschaltung, von denen jeweils die Ventile diagonaler Brückenzweige gleichzeitig gesteuert werden (Brown Boveri Mitteilungen, Bd. *S 53[1966lNr. 10.S.693bis 701).The invention relates to a method for commissioning an inverter whose load circuit *> 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. * S 53 [1966lNr. 10.S.693 bis 701).

Der Wechselrichter wird im allgemeinen über einen Gleichstromzwischenkreis an den Ausgang eines steuerbaren Stromrichters angeschlossen. Solche statischen Frequenzumformer mit Thyristoren sind bekanntl'ch 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 derartigen, 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 Vorstromeinrichtung für die Glättungsdrossel im Gleichstromzwischenkreis und einer im Lastkreis angeordneten Anschwingeinrichtung besteht. Die Vorstromeinrichtung enthält eine Reihenschaltung eines Widerstandes mit e^;nem 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 Ans^hwingeinrichtung 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 Diagonale 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.In the case of an inverter of this type, which feeds a parallel resonant circuit, difficulties may arise during commissioning, because the natural frequency and damping of the parallel resonant circuit are not readily known. For the parallel resonant circuit to start to oscillate, different physical conditions must be observed at the same time. In the known arrangement, a special starting device is therefore provided which consists of a bias current device connected in parallel to the input of the inverter for the smoothing choke in the direct current intermediate circuit and an oscillating device arranged in the load circuit. The bias current device contains a series connection of a resistor with e ^; a suitable switch, e.g. B. a thyristor. Shortly before the inverter starts, the switch is switched on, and the supplying direct voltage source supplies a bias current via the smoothing choke of the direct current intermediate circuit, which is determined by the size of the resistor. The starting device in the load circuit of the inverter contains a starting capacitor, which receives a suitable charge from an external voltage source. B. a thyristor, is switched to the parallel resonant circuit. To start the parallel resonant circuit, the starting capacitor is switched to the parallel resonant circuit. This creates a decaying oscillation in the parallel resonant circuit, which is detected by the control device, which supplies suitable ignition pulses for the controlled valves of the inverter. The valves of the assigned diagonal of the bridge circuit are already ignited with the first half oscillation; they take over the direct current flowing in the smoothing reactor. This starting device has the disadvantage that it represents a relatively large effort for the inverter.

Aus der deutschen Patentschrift 6 89 573 ist ein Wechselrichter bekannt, bei dem die Reihenschaltung aus einem ersten steuerbaren Ventil, einer mittelangexapften Komniutierungsdros-sel und einem zweiten steuerbaren Ventil über eine Kondensator-Drosselspuien-Kombination an eine Gleichspannungsquelle geschaltet ist. Parallel zu dieser Reihenschaltung liegt die Serienschaltung von einem ersten und einem zweiten Kondensator. Der Verbindungspunkt dieser beiden Kondensatoren ist über die Primärwicklung eines Transformators an die Mittelanzapfung der Kommutierungsdrossel angeschlossen. Die Sekundärwicklung des Transformators speist eine Last. Im Normalbetrieb v/erden die beiden steuerbaren Ventile abwechselnd gezündet. Wird dem ersten Venlil ein Zündimpuls gegeben, dann fließt von der Gleichspannungsquelle über dieses erste Ventil und den zweiten Kondensator ein sietig 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 Sp-nnung des zweiten Kondensators ihren maximalen Wert erreicht, und der über den zweiten Kondensator fließende Strom ist Null. Danach, also bei iinnähernd 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 of a first controllable valve, a central connection throttle and a second controllable valve is connected to a DC voltage source via a capacitor-inductor combination. The series connection of a first and a second capacitor is parallel to this series connection. The connection point of these two capacitors is connected to the center tap of the commutation reactor via the primary winding of a transformer. The secondary winding of the transformer feeds a load. In normal operation, the two controllable valves are ignited alternately. If the first valve is given an ignition pulse, then a steadily increasing current flows from the direct voltage source via this first valve and the second capacitor, which charges this second capacitor. As the charge on the second capacitor increases, the current flowing through this capacitor decreases. After a certain time, the voltage of the second capacitor has reached its maximum value and the current flowing through the second capacitor is zero. Then, 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 j:u entnehmen sind. Weiterhin enthält der Wechselrichter keinen Lastkreis mit Paralleischwingkreis, so daß auf Schwierigkeiten beim Anschwingen eines solchen Parallelschwingkreises nicht eingegangen wird. Schließlich ist auch in keiner Weise ersichtlich, von welchen physinalischen 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 in j: u. The inverter also contains no load circuit with a parallel resonant circuit, so that there are difficulties when starting to oscillate Parallel resonant circuit is not entered. Finally, it is in no way apparent which of them physical quantities the ignition pulses can be derived when 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 gleichzeit.g 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 of 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 v/esentliche zusätzliche Einrichtungen für die Inbetriebnahme des bekannten Wechselrichters vermieden v/erden können, wenn dafür gesorgt ist, daß im Startaugenblick die Anschwingbedingungen für den Parallelschwingkreis erfüllt sind. Dazu muß dem Parallelschwingkreis während einer Schwingung mehr EInergie 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 P'olaritätsvorzeichen haben. Außerdem müssen die erlöschenden Ventile eine ausreichende Schonzeit erhalten.The invention is based on the knowledge that considerable additional facilities for commissioning of the known inverter can be avoided if it is ensured that in the 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 receive.

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.This 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.

Zur Inbetriebnahme des Wechselrichters braucht man also lediglich den Stromnulldurchgang im Kompensationskondensator zu erfassen. Zu diesem Zweck kann unmittelbar der Strom gemessen werden oder der Stromnulldurchgang kann mittelbar 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-Null im Kompensationskondensator die Ventile der anderen Brückendtagonale 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 in the compensation capacitor capture. 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 will. The invention is based on the consideration that the compensation capacitor is in the current zero passage just has its highest charge and thus sufficient energy supply to the parallel resonant circuit The valves of the others are ensured at zero current in the compensation capacitor If the bridge end tagonal is ignited, the current in the compensation capacitor jumps in the opposite direction 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. To do this, the 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 Fig. 1 ist die Schaltung eines Wechselrichters mit einem Parallelschwingkreis schematisch veranschaulicht; In Fig. 1, the circuit of an inverter is with a parallel resonant circuit schematically illustrated;

F i g. 2 zeigt einen Stromkreis mit einzelnen Bauelementender Fi g. 1;F i g. Figure 2 shows a circuit with individual components Fi g. 1;

In F i g. 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.

F i g. 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.F i g. 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 F i g. 2 ist zur Erläuterung des Anschwingvorganges ein Stromkreis aus der Fig. 1 dargestellt, welcher die beiden sich diagonal gegenüberliegenden Ventile 4 und 5, die Glättungsdrossel 6, die Gleichspannungsquel-Ie 7 und den Parallelschwingkreis mit der induktiven Last 9 und dem Kompensationskondensator 10 enthält.In Fig. 2 is to explain the oscillation process a circuit from FIG. 1 is shown, which the two diagonally opposite valves 4 and 5, the smoothing reactor 6, the DC voltage source 7 and the parallel resonant circuit with the inductive load 9 and the compensation capacitor 10 contains.

Nach F i g. 3 soll zur Inbetriebnahme des Wechselrichters nach F i g. 1 zur Zeit fo den Ventilen 2 und 3 ein Zündimpuls vorgegeben werden. Dann fließt von der Gleichspannungsquelle 7 über die Glättungsdrossel 6 und die Ventile 2 und 3 sowie parallel über die induktive Last 9 und den Kompensationskondensator 10 ein stetig ansteigender Zwischenkreisstrom /_Λ welcher den Kompensationskondensator 10 auflädt. Mit zunehmender Ladung des Kompensationskondensators 10 nimmt der über den Kompensationskondensator 10 fließende Strom i_c ab. Zur Zeit Λ hat die Spannung u_c des Kompensationskondensators 10 ihren maximalen Wert erreicht, der über den Kompensationskondensator 10 fließende Strom /_c ist Null, und der gesamte Zwischenkreisstrom /,fließt über die induktive Last 9.According to FIG. 3 is intended to commission the inverter according to FIG. 1 at the time fo valves 2 and 3 an ignition pulse can be specified. _{A steadily increasing intermediate circuit current / Λ} which charges the compensation capacitor 10 then flows from the DC voltage source 7 via the smoothing choke 6 and the valves 2 and 3 as well as in parallel via the inductive load 9 and the compensation capacitor 10. As the charge of the compensation capacitor 10 increases, the current i _c flowing through the compensation capacitor 10 decreases. At time Λ, the voltage u _{c of} the compensation capacitor 10 has reached its maximum value, the current / _c flowing via the compensation capacitor 10 is zero, and the entire intermediate circuit current / flows via the inductive load 9.

In diesem Zeitpunkt ii werden die Ventile 4 und 5 nach F i g. 2 gezündet. Die induktive Last 9 behält ihren fließenden Laststrom //. bei, der sich über den Kompensationskondensator 10 schließt, sobald die Ventile 2 und 3 erlöschen. Zusätzlich fließt der Strom ii_ in der Glättungsdrossel 6 über die Ventile 4 und 5, so daß der Strom i_c im Kompensationskondensator 10 auf den doppelten Wert des Laststromes k anspringt und die Energie des Kompensaiionskondensators 10 über die induktive Last 9 umschwingt.At this point in time ii, the valves 4 and 5 according to FIG. 2 ignited. The inductive load 9 retains its flowing load current //. at, which closes via the compensation capacitor 10 as soon as valves 2 and 3 go out. In addition, the current ii_ flows in the smoothing throttle 6 via 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 fc ist die Umschwingung beendet, und der Kondensatorstrom i_c 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 Zeitpunkt des Maximums der Kondensatorspannung u^ At time fc the reversal has ended and the capacitor current i _c is zero, so that the two other valves 2 and 3 can be ignited again for the opposite current direction. The ignition of the valves in the starting mode thus takes place at the 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 serve.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Procedure for commissioning an inverter, whose load circuit is a parallel resonant circuit an inductive load and a compensation capacitor, with controlled valves in bridge circuit, each of which controls the valves of diagonal bridges at the same time are, characterized in that the valves diagonal bridge branches in the starting phase are alternately ignited at at least approximately zero current in the compensation capacitor.

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