DE2018025A1

DE2018025A1 - Untersynchrone Stromrichterkaskade

Info

Publication number: DE2018025A1
Application number: DE19702018025
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.El.Ing. Nuss bäumen Pisecker (Schweiz). M H02k
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1970-01-14
Filing date: 1970-04-15
Publication date: 1971-07-22
Also published as: BE761487A; AT305440B; DE2018025B2; SE369650B; JPS5130241B1; US3683251A; GB1323044A; FR2083028A5; CH524277A

Description

Aktiengesellschaft BrQwn,Boverl & Cie. _f 5400 Baden

(Schweiz)

Untersynchrone Stromrichterkaskade

Die Erfindung betrifft eine untersynchrone Stromrichterkaskade mit Schleifringläufermotor und an den Rotor angeschlossenem statj schem Frequenzumformer, der aus einem Diodengleichrichter und einem als netzgeführter Wechselrichter arbeitenden Stromrichter besteht, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung.

Bei bekannten untersynchronen Stromrichterkaskaden (USK) ist an einen Schleifringläufermotor, welcher über einen Anlasswiderstand bis über die minimale Betriebsdrehzahl hochgefahren wird, rotorseitig im Normalbetrieb ein statischer Frequenzumformer angeschlossen» Dieser besteht aus einem Diodengleichrichter und einem als netzgeführter Wechselrichter arbeitenden Thyristorstromrichter. Die Drehzahlverstellung wird hierbei durch die Einführung der steuerbaren Oleichspannung des Wechselrichters erreicht, welche der gleichgerichteten, schlupfproportionalen Läuferspannung

i6.i2.69Ay

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entgegenwirkt. Eine Glättungsdrossel dient der Entkopplung der Über den Gleichstromzwischenkreis verbundenen Drehstromsysteme unterschiedlicher Frequenz. Die üblicherweise erforderliche Spannungsanpassung erfolgt in einem Transformator.

Mit dem Einsatz von USK grosser Leistung in Anwendungen, in denen besonders hohe Anforderungen hinsichtlich der Betriebszuverlässigkeit bestehen (z.B. in Kraftwerken oder in der chemischen Industrie), kommt dem Betriebsverhalten der Kaskade unter abnormalen Bedingungen (z.B. plötzliche Spannungsein- und -unterbrUche im Versorgungsnetz, Netzkurzschlüsse, usw.) erhöhte Bedeutung zu. Obwohl die gleichen Betriebs- und Störungsfälle auch in anderen Anwendungsbereichen nicht ausgeschlossen werden können, wurde ihnen bisher offensichtlich wenig Beachtung geschenkt, da in den zahlreichen Veröffentlichungen über die USK keine diesbezüglichen Hinweise zu finden sind.

Die bisher bevorzugt im industriellen Bereich vorgesehene

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Kaskadenhaltung bietet nur sehr beschränkte Möglichkeiten, die in der Folge von unvorhergesehenen Störungen (z.B. Versagen der Regelungs- und Steuereinrichtungen, Kippen

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des Viechseirichters, interne und externe Kurzschlüsse, Kurzunterbrechungen im Speisenetz, usw.) auftretenden Ueberströme innerhalb weniger ms abzuschalten oder auf Werte zu begrenzen, die bis zur Abschaltung durch den Wechselstromschalter keine unzulässige Beanspruchung für die Halbleiterstromrichter darstellen. Ebenso kommen die durch Schalthandlungen im Speisenetz rotorseitig induzierten Spannungen, die gegebenenfalls grosser sein können als die Rotorstillstandsspannung, bei stromlosem Gleichstromzwischenkreis sowohl am Gleichrichter als auch am Wechselrichter voll zur Wirkung. Beide Beanspruchungen, sowohl die strom- als auch die spannungsmässige, müssten daher - eine rechtzeitige Umschaltung auf die Anfahrwiderstände scheidet in der Mehrzahl der Störungsfälle im Hinblick auf die Verzögerungszeiten der zur Verfügung stehenden Drehstromschaltei aus - zur Vermeidung von Folgeschäden bei der Auslegung der Stromrichter entsprechend berücksichtigt werden.

Eine strommässige Ueberdimensionierung im Hinblick auf kurzschlussähnliche Störungen ist im allgemeinen nicht mehr notwendig, wenn im Gleichstromzwischenkreis ein Gleichstromschnellschalter vorgesehen wird, der beim

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- Ueberschreiten eines vorgegebenen Stromwertes innerhalb weniger ms anspricht und eine Lichtbogenspannung liefert, die grosser ist als die den Ueberstrom treibende Quellenspannung .

Zur Herabsetzung der Spannungsbeanspruchung sind, wie ' einfache Ueberschlagsrechnungen bezüglich der Ergiebigkeit der Ueberspannungsquelle ergeben, energieschwache Bedämpfungsmittel (z.B. über Dioden eingekoppelte Gleichspannungskondensatoren, selbstlöschende Funkenstrecken, usw.) praktisch nicht geeignet. Erst durch den Einsatz verhältnismässig niederohmiger Schutzwiderstände, die beim Auftreten von Ueberspannungen augenblicklich zugeschaltet werden, lässt sich eine Absenkung der Ueberspannungen im Rotor erreichen, die auf die spannungsmässige Auslegung von Einfluss ist.

Es,ist Aufgabe der Erfindung, eine untersynchrone Stromrichterkaskade bereitzustellen, welche-auch bei plötzlichen Spannungsänderungen und Unterbrüchen einwandfrei arbeitet. Ferner sollen die für die Schaltungsumbildung zusätzlich erforderlichen Betriebsmittel im Hinblick auf die Schutzfunktion, die sie zu erfüllen haben, möglichst hohe Betriebs-

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zuverlässigkeit besitzen.

Diese Aufgabe wird für eine eingangs zitierte untersynchrone Stromrichterkaskade erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zum Stromrichter ein aus einem Widerstand und einem spannungsabhängig gesteuerten Thyristorschalter bestehender Stromzweig parallelgeschaltet ist, und dass zwischen dem Verbindungspunkt des Thyristorschalters mit dem Stromrichter und dem Diodengleichrichter ein im offenen Zustand von einem zweiten Widerstand überbrückter Schnellschalter angeordnet ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Die USK kurz vor der ersten Hochlaufstufe; Fig. 2 Die USK während der zweiten Hochlaufstufe;

Fig. 3 Strom- und Spannungsbeanspruchung während des Hochlaufvorganges;

Fig. 4 den Schalt - zustand der USK während des"Normalbetriebes;

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Pig. 5 die USK mit stromlosem Gleichstromzwischenkreis;

Fig. 6 Strom- und Spannungsbeanspruchungen bei plötzlichen Netzspannungsänderungen & U_T.

Fig. 1 zeigt die aus einem Schleifringmotor M und einem statischen Frequenzumformer bestehende Anordnung. Der Frequenzumformer umfasst einen Diodengleichrichter G und einen Wechselrichter Gp. In den einen Zweig des Frequenzumformers ist die Glättungsdrossel L geschaltet, während der andere Zweig den Schnellschalter S enthält. Dieser Schnellschalter ist von einem Widerstand Rp überbrückt. Dem Wechselrichter G_p ist eine aus einem Widerstand R

^ J-

und einem Thyristorschalter G, gestehende Reihenschaltung parallelgeschaltet.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Anordnung bei verschiedenen Betriebszuständen ausführlich beschrieben. Zunächst wird der zweistufige Hochlauf in den Betriebsbereich besprochen.

Fig, 1 zeigt den Schaltzustand der USK unmittelbar vor der Netzzusehaltung des stillstehenden Kaskadenmotors, in dem die Bereitschaft der Stromrichterventile zur Strom-

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führung (wie·auch -in den folgenden Prinzipschaltbildern) jeweils durch ein ausgefülltes Symbol angedeutet ist. Ein nicht ausgefülltes Symbol bedeutet offene Schalter. Der Gleichstromschnellschalter S ist zu Beginn geöffnet,

die Stromführung des Wechselrichters G„ (durch einen über die Dauer des Hochlaufes am zugeordneten Gittersteuersatz anstehenden Impuls-Sperrbefehl) unterbunden und der Thyristorschalter G-, ist (durch einen der Netzzuschaltung vorauseilenden Dauer-Steuerimpuls) geschlossen.

Mit der Zuschaltung ans Netz (d.h. mit dem Schliessen des Netzschalters S-) wird der HochlaufVorgang eingeleitet. In der ersten Phase des Hochlaufes wird der Anlaufstrom des Kaskadenmotors durch die Reihenschaltung der Widerstände R. und Rp begrenzt. Infolge der Spannungsteilerwirkung tritt hierbei auf der Gleichstromseite des Wechselrichters Gp nur der über dem Widerstand R₁ auftretende Spannungsanteil in Erscheinung, welcher mit steigender Drehzahl entsprechend der sinkenden Rotorspannung abnimmt. Hat die Drehzahl einen bestimmten, den jeweiligen Verhältnissen angepassten Wert erreicht, so wird durch Schliessen des Gleiphstrpmschnellschalters (d.h. .durgh Überbrückung des Widerstandes R₀) die,zweite Hochlaufstufe verwirklicht und damit., ein günstigeres Hochlaufverhalten erzielt

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(vgl. Fig. 2). Bei definierten Hochlaufbedingungen kann die Steuerung des Gleichstromschalters grundsätzlich auch zeitabhängig vorgenommen werden.

Sobald der Kaskadenmotor die untere Grenzdrehzahl des Betriebsbereiches überschritten hat, wird der Wechselrichter Gp durch Aufheben der Impulssperre zur Stromführung freigegeben. Mit der Löschung des Thyristorschalters G^, die bei impulsartiger Vorsteuerung des Wechselrichters durch natürliche Kommutierung erfolgt, ist der eigentliche Hochlaufvorgang beendet, und die Kaskade hat den in Fig. 4 dargestellten Zustand des Normalbetriebes erreicht.

Die während des Hochlaufes im Bereich der Kaskade auftretenden Strom- und Spannungsbeanspruchungen können dem Diagramm in Fig. 3 entnommen werden. In diesem Diagramm sind die normierten Betriebskennlinien des Gleichrichters G. für verschiedene Schlupfwerte s = 1,0 bis 0,2 und die beiden Widerstandsgeraden g. und g_? eingetragen. Als Normierungsgrössen sind dabei gewählt:

I_n. ... Dauerkurzschlussstrom bei Rotorstillstand, U,. CUv * dio

ideelle Leerlaufgleichspannung bei Rotorstillstand.

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Ferner bedeuten:

U
I ,„. = V2 —° Zwischenkreisstrom

*r

u, = U,/ü,. U,. = ~ V6 U„ Zwischenkreis spannung d d' dio dio -rf Ro .. ^

u- β (R, + Rp) I_d/^U _di * unter der Annahme, dass

^Rl ^{= R}2

^S2 ..·'·· ^U2 ^{= R}l

u_s .... Spannung über die Schaltstrecke von S o._R ... Spannung am Wechselrichter Gp

Die Widerstandsgerade g,, den resultierenden Widerstand der ersten Hochlaufstufe darstellend, korrespondiert hierbei mit der Widerstandssurnme R, + Rp. Ferner ist ε₂ dem Widerstand der zweiten Hochlaufstufe, d.h. dem Widerstand R₁ zugeordnet. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde hierbei R, = Rp angenommen. Um eine Relation zu den betriebsmässigen Beanspruchungen herzustellen, wurde ausserdem der mit A bezeichnete Bereich des Normalbetriebes einer für 20 % Maximalschlupf ausgelegten USK schraffiert eingezeichnet.

Nach dem Zuschalten der USK an das Netz wird der Betriebspunkt I, der eich als Schnittpunkt der für den Stillstand (β β 1) zutreffenden Oleichrichter-Betriebskennlinie mit

,109830/ 111 S

- ίο -

der Widerstandsgeraden g. ergibt, innerhalb weniger ms erreicht. Mit steigender Drehzahl wandert der Betriebspunkt in der ersten Hochlaufphase auf der Geraden g, gegen den Ursprung. In Punkt 2 hat die Drehzahl jenen Wert erreicht, bei dem der Uebergang auf die zweite Hochlaufstufe stattfindet. Unmittelbar nach der Ueberbrückung des Widerstandes FU stellt sich der auf der Widerstandsgeraden gp liegende Betriebspunkt 3 ein, von dem ausgehend die Kaskade in den Bereich des Normalbetriebes A hochlauft, in dem die Stromübernahme des Wechselrichters erfolgt.

Aus dem Diagramm können die zum jeweiligen Betriebspunkt gehörigen Beanspruchungswerte abgelesen werden:

I, ss i . I Strombeanspruchung des Gleichrichters α α ακ. _Q _{un(i deg} Thyristorschalters CU

U ss i) . U Spannungsbeanspruchung auf der Gleich WH WK αιο stromseite des Wechselrichters

u„ . U,. Spannung über der Schaltstrecke des

Gleichstromschnellschalters

Den Schaltzustand der Anordnung im Normalbetrieb zeigt Pig. 4. Der Gleichstromschnellschalter S ist geschlossen und die im betreffenden Betriebspunkt anfallende Schlupfleistung wird über den Wechselrichter Gg in das Versorgungsnetz zurückgeliefert. Der Thyristorschalter G, igt geöffnet und verhindert die Dauerbelastung des Widerstandes R₁ .

1 flQfl ·*η / 11 ιc .

Unter normalen Betriebsbedingungen unterscheidet sich demnach die beschriebene Anordnung nicht von der bekannten Anordnung. ■

In den meisten Anwendungen der USK kann im stationären Betrieb ein lückenloser Strom im Gleichstromzwischenkreis und damit ein praktisch dauernd geschlossener Rotorkreis angenommen werden. Bei rasch wirkenden Regelungseinrichtungen oder bei grossen Regelabweichungen kann es jedoch vorkommen, dass zur Erzielung der maximal möglichen Verzögerung der Strom im Gleichstromzwischenkreis vorübergehend vollkommen abgebaut wird. Ausserdem ist es im Hinblick auf einen regulären Ablauf der Sofort- oder Schnellumschaltung einer Verbrauchergruppe zweckmässig, die Rotorströme in den Kaskadenmotoren unmittelbar vor der Attrennung vom ursprünglichen Netz vollkommen abzubauen und anschliessend den stromlosen Zustand des Gleichstromzwischenkreises durch Impulssperre am Wechselrichter über die gesamte Umschaltdauer aufrecht zu erhalten. Um also die tatsächlich möglichen Beanspruchungen zu erfassen, ist es daher notwendig, die Wirkungsweise der vorgeschlagenen Kaskadenschaltung sowohl vom Zustand mit als auch vom Zustand ohne Strom im Gleichstromzwischenkreis ausgehend zu betrachten (vgl. Fig. 4 und Fig. 5).

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Beanspruchungen , die über die betriebsmässige Werte hinausgehen, können entweder durch Fehler innerhalb der Kaskade (z.B. Kurzschluss, Sperr- und/oder Blockierverlust der Ventile, Versagen der Regelungs- und Steuerungseinrichtungen, usw.) oder durch plötzliche Aenderungen der Netzspannung (z.B. Spannungsein- und -unterbrüche, Netzkurzschluss, Spannungswiederkehr in ungünstiger Phasen- W lage, usw.) verursacht werden. Während es bei Störungen der ersten Art in der Regel notwendig sein wird, zur Störungsbehebung den Betrieb der Kaskade zu unterbrechen, sollen vorübergehende Netzstörungen insbesondere in Anwendungen, in denen hohe Anforderungen hinsichtlich Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bestehen, keine wesentlichen Betriebseinschränkungen oder gar Folgeschäden im Bereich der Kaskade zur Folge haben.

Spannungsänderungen im Versorgungsnetz bewirken in den angeschlossenen Asynchronmaschinen bekanntlich mehr oder weniger ausgeprägte Ausgleichsvorgänge. Bei plötzlichen Aenderungen um grosse Beträge können die verschiedenen'Ausgleichsgrössen vorübergehend ein Vielfaches der Betriebswerte betragen, so dass nicht nur die Masohinen selbst, sondern auch andere elektrische Betriebsmittel in hohem Masse beansprucht werden. Dies trifft vor allem auch

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für die USK zu, bei welcher die Ausgleiohsgrössen ohne geeignete Massnahmen in voller Höhe an den gegen Ueberbeanspruchungen besonders empfindlichen Halbleiter-Stromrichtern zur Wirkung kommen.

Um die nachstehende Beschreibung der Wirkungsweise der vorgeschlagenen Schaltungsausbildung bei Netzstörungen möglichst übersichtlich zu gestalten, werden folgende vereinfachende Annahmen getroffen:

- Die Asynchronmaschine wird mit kleinem Schlüpf, d.h. nahe dem Synchronismus betrieben. Die stationäre Rotorwechselspannung tritt daher gegenüber den Ausgleichskomponenten praktisch nicht in Erscheinung.

-· Die Asynchronmaschine wird entweder nahe dem Leerlauf-' punkt oder mit quasi offenem Rotorkreis (mit gesperrtem Wechselrichter Q₂ und offenem Thyristorschalter G,) betrieben. Der Stationärstrom darf daher gegenüber dem Ausgleichsstrom vernachlässigt werden.

- Sättigungserscheinungen in der Asynchronmaschine werden ebenfalls vernachlässigt. Die Wicklungswiderstände werden nur durch Einführung entsprechender Abklingzeitkonstanten

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berücksichtigt.

Der Wechselrichter G„ wird während der Netzstörung entweder mit einem Aussteuerwinkel nahe 90° betrieben und liefert daher im Mittel keine Gegenspannunc oder er wird durch Impulsunterdrückung vollkommen gesperrt gehalten.

- Das transiente Ueberschwingen des Ausgleichsstromes im Gleichstromzwischenkreis unmittelbar nach Störun;n;-eintritt wird vernachlässigt. Dies ist insbesondero in jenen Fällen zulässig, in denen der Gleichstromzwischenkreis neben einer Glättungsindulctivität" auch noch einen relativ hochohmi^n Wirkwiderstand enthalt.

Unter diesen Annahmen ist es nun möglch, die durch eine plötzliche Netzspannungsänderung hervorgerufenen Stroin- und Spannungsausgleichskomponenten ebenfalls in übersichtlicher Diagrammform dazustellen. Dies ist in Fig. 6 gezeigt. Dort haben die Symbole i_d, u_d, g^ g₂,

und u dieselbe Bedeutung wie in Fig. 7· Ferner bedeuten: s

T .... Zeitkonstante des Statorgleichfeldes

¹S < ■ s2< ¹Sl^So

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I, II transiente Strom- und Spannungsbeanspruchung bei Netzkurzschluss

I^f, II¹ transiente Strom- und Spannungsbeanspruchung bei Wiederzuschalten in Phasenopposition

t ..... Zeit ab Störungseintritt

Gemäss Fig. 6 lässt sich jeder Netzspannungsänderung eine bestimmte Gleichrichterausgangskennlinie zuordnen, auf welcher die Betriebspunkte bei verschiedenen Belastungs« änderungen zu liegen kämen, wenn die Ausgleichskomponenten nicht abklingen würden. Tatsächlich nehmen die Ausgleichskomponenten jedoch unter der Annahme linearer Zusammenhänge exponentiell ab. Die massgebenden Abklingzeitkonstanten erhält man in jsrster Näherung, indem man den gleichstromseitigen Wirkwiderstand in einen äquivalenten Widerstand der Wechselstromseite umrechnet und zu dem Wirkwiderstand der Rotorwicklung zuschlägt. Abhängig vom Ohm-Wert des gleichstromseitigen Widerstandes ergeben sich hierbei wirksame Statorzeitkonstanten (massgebend für die zeitliche Abnahme des statorseitigen "Gleichstrom- gliecles" und damit für den Verlauf der Ausgleichskomponente des Stromes im Gleichstromzwischenkreds), die zwischen dem

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jeweiligen Trans lent viert T' (30 ... 150 ms) und Leerlauf-

wert T (1,0 bis 4,0 see) der betreffenden Asynchronso

maschine liegen. Die Rotorzeitkonstanten nehmen mit steigendem Widerstandswert sehr rasch gegen Null ab und können daher bei den folgenden Betrachtungen gegenüber den Statorzeitkonstanten meistens vernachlässigt werden. Der zeitliche Verlauf des Ausgleichstromes kann demnach, wie in Pig. β dargestellt, durch Einführung eines der jeweiligen Widerstandsgeraden, zugeordneten, zeitabhängigen Paktors exp (-t/T .) berücksichtigt werden.

Solange die Netzspannung bei stromführender Kaskade (Fig. 4) nur um kleine Beträge ändert, wird der Ausgleichsstrorn nach wenigen ms den der Grosse des jeweiligen Spannungssprunges Ä U_T/U_T1 entsprechenden Kurzschlusswert,

Ju JuJL

welcher mit dem Abszissenwert des Diagrammes in Fig. 6 korrespondiert, erreichen und anschliessend mit der transienten Maschinenzeitkonstanten Tl abklingen. Bei Spannungsänderungen um grössere Beträge hingegen, z#B. bei Netzkurzschlüssen in Kaskadennähe usw. , wird der Auslösestrom des Gleichstromschnellschalters S überschritten, der Sehalter S , wie in Pig» 4 gestrichelt angedeutet, geöffnet und der Widerstand R„ in den Gleionstromzwißchenkreis eingefügt. Dies geschieht innerhalb weniger ms, also

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noch bevor der Strom den der jeweiligen Gleichrichterausgangskennlinie zugeordneten Kurzschlusswert erreicht hat. Auf diese Weise wird der Ausgleichstrom praktisch ohne Ueberschwingen auf den durch den Schnittpunkt der betreffenden Gleichrichterkennlinie und der Widerstandsgeraden gp festgelegten Viert begrenzt. Das Abklingen erfolgt dann mit der dem Abschlusswiderstand zugeordneten Zeitkonstanten T₀₀ » '

Wie aus dem Diagramm in Fig. β hervorgeht, wäre es theoretisch möglich, durch Vergrössern des Widerstandswertes von R_? die bei plötzlichen Netzspannungsänderungen und bei anderen Störungen auftretenden Strombeanspruchungen auf beliebig kleine Werte zu begrenzen. Da aber mit steigendem Widerstandswert eine entsprechende Zunahme der Schaltspannung U_Q des Gleichstromschnellschalters verbunden ist und ausserdem zufolge dor vergrösserten Abklingzeitkonstanten auch ein starker Drehzahlabfall eintreten würde, wird man den Widerstandswert von R₂ nur so hoch wählen, als es zur Vermeidung von etwaigen Folgeschäden unbedingt erforderlich ist. Hierbei 1st jedoch zu berücksichtigen, dass durch den Einfluss der Sättigung die tatsächlich auftretenden Beanspruchungswerte mit zunehmender Höhe des Spannungssprunges relativ stärker reduziert werden. So ist

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im Falle des Netzkurzschlusses in unmittelbarer Nähe des Kaskadenrnotors (d.h. bei £ U /[L... ^ 1,0) eine Reduktion

Ju LiX

der Beanspruchung um etwa 20 ^ , im Falle der Spannungs-Wiederkehr in Phasenopposition (d.h. bei £ ϋ_τ/υ_τΊ ^, 2,0) um sogar ca. j50 "ρ zu erwarten.

Bezüglich der Auswirkungen von lletzspannungsänderungen bei stromloser Kaskade (der Ausgangszustand ist in Fig. 5 gezeigt) sind grundsätzlich drei Fälle zu unterscheiden. Bei Spannungsänderungen um kleine Beträge wird der spannungsabhängig gesteuerte Thyristorschalter G-, geöffnet bleiben und damit der stromlose Zustand der USK auch nach der sprunghaften Spannungsänderung andauern. Hat die Netzspannungsänderune jedoch eine Zwischenkrelsspannung zur Folge, die grosser ist als der Spannungswert, bei dem die selbsttätige Ansteuerung des Thyristorschalter: eingeleitet wird, so wird der vorher offene Gleichstroozwischenkreis innerhalb weniger ps über den Widerstand R.. geschlossen, d.h. der in Fig. 2 dargestellte Schaltzustand erreicht. Die gleichstromseitice Spannungsbeanspruchwnc des Wechselrichters G„ bleibt dadurch auf den über den Widerstand R, auftretenden Spannungsabfall begrenzt. Ist schllesslich die Netzspannungsänderung von solcher Grosse, dass der über R₁ fliessende Ausgleichsstrom zur Auslösung

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des Gleichstromschnellschalters S führt, stellt sich in der Folge automatisch der in Fig. 1 dargestellte Schaltzustand ein, bei dem in den Gleichstromzwischenkreis zusätzlich noch der Widerstand R_? eingefügt wird. Durch
die Spannungsteilerwirkung der beiden Widerstände wird, wie aach aus Fig₃ 6 hervorgeht, die gleiehgerieh-tete
Rotorspannung nur im Verhältnis R,/ (R,+Rp) am Wechselrichter wirksam.

Die Möglichkeit, die Spannungsbeanspruchung am Wechselrichter durch Spannungsteiluhg stark herabzusetzen,
ist insbesondere in jenen Anuendungsfallen von Interesse, in denen der Wunsch nach Sofort- oder Schnellumschaltung einzelnar Antriebe oder nach gemeinsamer Umschaltung ganzer Antrieösgruppen besteht. Durch gezielten Eingriff in die ¹ Gittersteuerung wird der Strom im Gleichstromzwischenkreis unmittelbar nach der Befeiilsgabe zur Netsumschaltung mit höchstmöglicher Geschwindigkeit abgebaut. Wird gleichzeitig auch der Gleichstromschnellschalter S ausgelöst, so wird der in Pig* 5 dargestellte Zustand des quasi offenen
Rotorkreises (Wechselrichter Gp und Thyristorschalter G, im Blockierzustand) erreicht, bevor die definitive Abschaltung vom Hetz vollzogen wird. Erfolgt die Netzwiederzuschaltung nicht in sehr günstiger Phasenlage zur Rest-

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spannung, so schliesst der Thyristorschalter G^ selbsttätig im Augenblüc der Zuschaltung, und die gleichgerichtete Rotorspannung klingt anschliossend etwa mit der transienten Statorzeitkonfcanten ab. Sobald die Zwischenkreisspannung auf Betriebswerte abgeklungen ist, wird der üebergang in den Zustand des Normalbetriebes (Fig. 4) in gleicher V/eise wie beim Hochlauf durch natürliche P Kommutierung vollzogen.

Die Spannungsbeanspruchung über dem Wechselrichterteil der Kaskade wird also umso kleiner, je niederohmiger der Widerstand R₁ gewählt wird« Dem steht im wesentlichen die damit verbundene Erhöhung des Ausgleichstromes über den Thyristorschalter G-. entgegen (vgl* Fig. 6), Bei der optimalen Festlegung des Widerstandswertes sind daher vor allem wirtschaftliche Gesichtspunkte zu beachten.

Mit der vorgeschlagenen Schaltungsausbildung kann die Schaltfestigkeit der USK mit verhältnismässig geringem Aufwand wesentlich erhöht werden« Bei geeigneter Dimensionierung und Abstimmung der einzelnen Teile ist es möglich, die bei Netzstörungen im Bereich der Kaskade auftretenden Strom- und Spannungsbeanspruehungen, die

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gegebenenfalls ein Mehrfaches der Betriebswerte betragen können, ohne Folgeschäden zu beherrschen. Dies 1st insbesondere in jenen Anwendungen von Bedeutung, in denen hinsichtlieh Betriebssicherheit und -zuverlässigkeit besonders hohe Anforderungen bestehen, so z.B. im Kraftwerksbereich, wo USK zunehmend als Antriebe für Kesselspelsepumpen eingesetzt werden, deren Betrieb durch vorübergehende Netzstb'rungen in keiner Weise gefährdet werden soll. Es sei hier auch erwähnt, dass die vorliegende Schaltungsausbildung der in verschiedenen Anwendungen erwünschten Sofort- oder Schneilumschaltung sehr entgegenkommt .

Ein weiterer Vorteil der Anordnung besteht darin, dass auf die für den Anlauf des Kaskadenmotors bisher vorgesehenen Schaltgeräte verzichtet werden kann. Es bereitet auch keine Schwierigkeiten, den Hochlauf, wie beschrieben, zweistufig vorzunehmen, wodurch das Hochlaufverhalten wesentlich verbessert wird. Nach Abschluss des Hochlauf-Vorganges wird der Zustand des Normalbetriebes auf einfache Weise durch natürliche Kommutierung des Anlaufstromes auf den Wechselrichter erreicht.

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Claims

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Patentansprüche

(l,)Untersynchrone Stromrichterkaskade mit Schleifringläufermotor (M) und an den Rotor angeschlossene«) statischen» Frequenzumformer, der aus einem Diodengleichrichter (G,) und einem als netzgeführter Wechselrichter arbeitenden Stromrichter (Gp) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass zum Stromrichter (Gp) ein aus einem Widerstand (R-, ) und einem spannungsabhängig gesteuerten Thyristorschalter (G^) bestehender Stromzwalg parallelgeschaltet 1st, und dass zwischen dem Verbindungspunkt des Thyristorschalters irint dem Stromrichter (Gp) und dem Diodengleichrichter (G,) ein im offenen Zustand von einem zweiten Widerstand (R₂) üfoerbrüeKter Schnellschalter (S ) angeordnet ist.

2» Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Hoehlauf in den Betriebsbe« reich bei zunächst geöffnetem Schnellschalter (S ) und gesperrtem Stromrichter (G₂) der Thyristorschalter (G₅) vor Zuschalten der Netzspannung durch ein Steuersignal geschlossen gehalten wird, dass nach Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl der Schnellschalter (S ) geschlossen wird, und dass der Stromrichter (G₂) ^durcn aufheben der vorher wirksamen Steuerimpulssperre zur Stromführung freigegeben wird, sobald der Motor eine untere Grenzdirehzahl des Betrlebsbereiches überschritten hat,

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j5· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Hochlauf In dem Betriebsbereich einer gewollten Ketzumsehal·» tung unmittelbar vorauseilend gleichzeitig mit dem Oeffnimrjsbe» fehl an den Gleichstromschnellschalter (S ) der Stromrichter (G^) in den maximalen Wechselrichterbereich gesteuert wird, dass nach erfolgtem Stromabbau der Stromrichter (Gp) bis nach Abklingen der durch die Netzumschaltung hervorgerufenen AusgleichSVorgänge durch Unterdrückung der Steuerimpulse gesperrt gehalten wil dass der vcrher geöffnete Thyristorschalter (G,) im Augenblick der Widerzuschaltung aus Netz entweder selbsttätig oder durch ein Steuersignal geschlossen viird und dass die Freigabe des Stromrichters (G₂) zur Stromführung nach dem verzögerten Wiederschlies sen des Gleichstroraschalters (S ) nur dann erfolgt, wenn die Dreh zahl des Motors (M) über der unteren Grenzdrehzahl des Betri=?bsbereiches liegt*

4. Verfahren nach Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrung des Thyristorschalters (G.*) durch natürliche Kommutierung erfolgt.

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie*

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