DE2051765A1

DE2051765A1 - Einrichtung zum Puffern von Umrichtern

Info

Publication number: DE2051765A1
Application number: DE19702051765
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 8520 Erlangen Weißer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-10-22
Filing date: 1970-10-22
Publication date: 1972-04-27
Also published as: FI57328B; GB1354396A; FI57328C; BG20414A3; NL7113076A; RO58451A; NL172390C; FR2113085A5; DE2051765C3; DE2051765B2; NL172390B; BE774079A; CH526879A; SE362751B; LU64115A1; US3705340A; CS162765B2

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, '·

Berlin und München Werner-von-Siemens-Str. 50

Unser Zeichen: VPA 70/3242

Einrichtung zum Puffern von Umrichtern

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Puffern von Umrichtern mit variablem Gleiche tromzv/ischenkreis bei kurzzeitigen Netzcpannurigsaußfällen durch einen Kondensatorpuffer.

In der Antriebstechnik, vor allem in der Textil- und Chemiefaserindustrie, werden heute, häufig zur Speisung der Motoren statische Umrichter mit steuerbaren Gleichstromzwischenkreis eingesetzt. (Vergl. z.B. "Melliand-Textilberichte" Heft 12, 1965, Seiten 1357 bis 1363 oder "Siemens-Zeitschrift" 1967, Seiten 133 bis 138).

Bei diesen bekannten Anordnungen wird die Spannung eines Drehstroinnetzes zunächst gleichgerichtet, in einem Gleichstromzwischenkreis geglättet und dann in einem Wechselrichter in eine Spannung mit einstellbarer Frequenz umgeformt.

Um die Kommutierungsfähigkeit des Wechselrichters aufrecht erhalten zu können, und damit Produktionsschäden zu vermeiden, müssen bei derartigen Anlagen kurzzeitige Netzspannungsausfälle, z.B. bis 1 Sekunde, überbrückbar sein. Hierzu ist es bekannt, für den Gleichstromkreis eine Reservebatterie vorzusehen, die diesem bei Netzspannungsausfall die notwendige Energie zuführt (vergl. vorgenannte Literaturstelle Melliand).

Ferner iot es auch bekannt, zur Energiespeicherung einen Kondenyatorpufi'er im Gleichstromkreis vorzusehen, z.B. den zur Glättuiiß · dur Gleichspannung benutzten Kondensator auoreichend groß ?.\x bemessen (vgl. vorgenannte Siemens-Zeitschrift)

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Diese Lösung ist jedoch verhältnismäßig aufwendig; und' zwar aus folgendem Grund: Die vom Umrichter am Ausgang abzugebende Leistung P ist bei konstantem Moment der angeschlossenen Antriebe proportional·der Umrichterfrequenz. Die während eines Netzspannungsausfalles der Zeit T von einem Pufferspeicher zu liefernde Energie ist somit P . T. Bei Verwendung eines Pufferkondensators der Kapazität G ergibt sich die gelieferte

Energie zu C . (U₁ - U^ ), wobei U₁ die Kondensatorspannung bei Beginn der Pufferung und Up die Kondensatorspannung am Ende der Pufferung ist. Hierbei muß hinsichtlich der Spannungen. auch noch die Bedingung erfüllt sein, daß das Verhältnis der Spannungsänderungen im Gleichstromzwischenkreis während der Pufferung kleiner bleibt als das Verhältnis von Kipp- zu Lastmoment der Antriebe.

Die Kondensatorenergie und die damit yorhandene Pufferenergie ist nun abhängig vom Quadrat der Spannung. Da Umrichter jedoch in einem großen Frequenz- und Spannungsbereich arbeiten, z.B. 1 : 10, müssen die Kondensatoren hinsichtlich ihrer Kapazität an die kleinste Spannung angepaßt sein und im Hinblick auf" die Spannungsfestigkeit auf die höchste mögliche Spannung im Gleich^ stromzwischenkreis ausgelegt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für eine Einrichtung der eingangs genannten Art einen einfachen Kondensatorpuffer zu schaffen, der sich an die vorliegenden Spannungs-Leistungsverhältnisse selbsttätig anpaßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kondensatorpuffer zumindest teilweise aus einer Reihe von Kondensatoren abnehmender Spannungsfestigkeit und zunehmender Kapazität besteht, die mit jeweils gleichsinniger Polarität über Dioden parallel an dem Gleichstromzwischenkreis angeschlossen sind und mit unterschiedlicher, an. die Spannungofeotigkeit angepaßten Spannungen aus einer Premdstromquelle aufladbar sind.

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Auf diese Weise braucht nur ein relativ kleiner Teil der Pufferkapazität für hohe Spannungen ausgelegt zu sein, während die bei niedrigen Spannungen erforderlichen hohen Kapazitäten durch Kondensatoren geringerer Spannungsfestigkeit realisisert werden können, da diese wiederum durch die Gleichrichter auch bei den höheren Spannungen geschützt sind.

Zweckmäßig ist es dabei, die einzelnen Kondensatoren derart abzustufen, daß in jedem Spannungsbereich des Gleiehstromzwischenkreiöes die erreichbaren Pufferzeiten etwa gleich lang sind. ·

Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert;

Der statische Umrichter besteht aus einem Gleichrichter 1 , der die Spannung eines Dreiphasennetzes EST in eine in ihrer Höhe steuerbare Gleichspannung umformt. Diese Gleichspannung wird im Gleichstromzwischenkreis 3 durch eine Reihendrossel 5 und einen Glättungskondensator 4 geglättet und einem Wechselrichter 2 zugeführt,der für ein Sammelschienensystem 6 eine in der Amplitude und in der Frequenz steuerbare Wechselspannung liefert. An das Sammelschienensystem 6 sind dann die einzelnen - nicht gezeigten - Antriebe, z.B. Synchronmotoren mit Permanentmagneten zum Antrieb von Spindeln oder dergleichen,angeschlossen.

Schaltungen dieser Art sind bekannt (vergl. Siemens-Zeitschrift 1967, Seiten 133 bis 138).

Es besteht nun die Forderung, diesen Umrichter bei kurzzeitigem Netzspannungszusammenbruch, z.B. von 0,5 Sei:., im Gleiehetromzwischenkreio mit Pufferenergie zu versorgen, wobei die gerade im Gleichstromzwischenkreis herrschende Spannung zwischen z.B. 50 V und 500 V liegen kann.

Hiersu ist dom GI eichstromswisciienkrei« 3 zunächst ein Kondensator C1 parallelgeschaltet, der z.B. für eine Span keit von ?5ü V ausgelegt ?.ec.

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Weiterhin ist noch eine Reihe von Kondensatoren 02 bis 0 5 vorgesehen, die über Transformator 10, Gleichriohterbrücken 9 und unterschiedlich gestufte Widerstände 12 aufladbar sind.

Diese Kondensatoren C2 bis 05 sind dabei über kleine V/Ίάerstände 8 und Dioden 11 ebenfalls dem Kondensator C1 parallelgeschaltet und zwar mit gleichsinnige]:· Polarität. Die Ladespannungen der Kondensatoren 02 bis 05 sind dabei jeweils an ihre Spannungsfestigkeit angepaßt, z.B. für Kondensator C2 400 V, für Kondensator 03 300 V, für Kondensator 04 150 V und für Kondensator 05 75 V. Die Kapazitatsabstufung der Kondensatoren 02 bis 0 5 verläuft entgegengesetzt der Abstufung nach Spannungsfestigkeit, also z.B. 03 ungefähr 2 . 02, Kondensator 04 ungefähr 5 .02, Kondensator 0 5 ungefähr 10 . 02, wogegen C1 ungefähr 2 . 02 gewählt werden kann.

Diese Abstufung ist im Hinblick darauf getroffen worden, daß man in jedem Spannungsbereich etwa gleich lange Pufferzeiten erhält.

Zusätzlich .ist noch ein Thyristorkurzsohließer 7 den Kondensatoren paralüelgeschaltet, mit dem beim Abschalten dio im . Gleichstroirjiwischenlireis in Kondensatoren und Drosseln gospeiohertc Energie vernichtet werden-kann.

Die Wirkungsweise der Einrichtung int' folgende:

Es herrsche z.B. im Gleichstromzwiochcnkreis 3 eine Gleichspannung von 350 V bed N et zaus.foil. Darnj t ist der Kondensator 01 auf 350 -N aufgeladen und ebenfalls der Kondensator 02, da seine Spannung nicht höher steigen kann. Die Kondensatoren bis 05 sind auf ihre vorgenannten Spannungen .'aufgeladen und gegen die Spannung im GleichstromZWinchonkreii; durch ihre zugeordneten Dioden 11 abgeblockt.

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Zunächst wird also die Pufferenergie von den Kondensatoren C1 und C2 geliefert. Sinkt hierdurch ihre Spannung und damit die Spannung im G-leichstromzwischenkreis unter 300 V, so wird die Blockierung des Kondensators 03 aufgehoben und er beginnt ebenfalls Energie zu liefern. Dieser Vorgang kann dann so lange fortgesetzt werden, so lange wie eine SpannungsabSenkung aus antriabstechnischen Gründen- Kippmoment der Motoren wird erreicht - möglich ist.

Auf diese vorstehend beschriebene V/eise kann also eine einfache und wirtschaftliche Kondensatorpufferung für Umrichter mit variablem Zwischenkreis geschaffen werden, mit der eine etwa gleich lange Pufferung über einen weiten Frequenz-* und Spannungsbereich erzielbar ist.

3 Patentansprüche
1 Figur

- 6.

Claims

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Pa. t ent_ansprtj.chi

Einrichtuiig zum Puffern yon ümriQh/fcern mit variabijLmii stromgtyi schenkreis, "teei ]£U2?.?f@itigen I@t0spatoungsaij:sfii durch einen Kondengatprpuffer, dadurch gelcennzeiQhnati, der londensatorpiifffr (01 "big Qg) piupiiid^ einer Iisiiie von Kondensat or en (02 bis Qg) SpannungsfQstigkeit und zunehmender Kapaiität besteht,, die mit jeweils gleichsinniger Polarität über Dioden (11) parallel an den GleiehstromBwisohenJcreis (3) angeschLossen _ sind und Kit unterBohiedlicheii an die Spannungsfestigkeit

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