DE2219018B2

DE2219018B2 - Anordnung zur Speisung eines Stromrichtermotors über einen Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis

Info

Publication number: DE2219018B2
Application number: DE2219018A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Huebner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-04-19
Filing date: 1972-04-19
Publication date: 1974-07-18
Also published as: AU475771B2; DE2219018C3; NL7304991A; NO134078C; AU5460073A; DE2219018A1; ZA732672B; CH548134A; FR2180925A1; CA976229A; SE386027B; AT321416B; GB1404901A; BE798396A; US3854078A; JPS4916807A; NO134078B; FR2180925B1; IT982469B

Description

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licher Umschwingkreis und keine Erst- bzw. Nachladung des Kommutierungskondensators erforderlich.

Im folgenden wird die cfindungsgemäße Anordnung beispielhaft an Hand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung. Die dreiphasige Wicklung einer Synchronmaschine 1 wird aus einem Drehstromnetz R, S, T über einen gesteuerten Gleichrichter 2, einen Gleichstromzwischenkreis 3 mit Glättungsinduktivität 4 und einen gesteuerten Wechselrichter 5 gespeist. Im Ausführungsbeispiel ist der Gleichrichter 2 aus sechs steuerbaren Stromrichterventilen la bis Ig in Brückenschaltung und der Wechselrichters aus steuerbaren Stromrichterventilen 5 α bis Sg ebenfalls in Brückenschaltung aufgebaut. Die steuerbaren Stromrichterventile la bis 2g bzw. 5a bis 5g können beispielsweise Thyristoren sein.

Der Glättungsinduktivität 4, die in einer Stromschiene 10 α des Gleichstromzwischenkreises 3 angeordnet ist, ist die Serienschaltuiig einer Diode und eines gesteuerten Stromrichterventils, beispielsweise eines Thyristors 7, parallel geschaltet. Die Diode 6 und der Thyristor 7 sind so gepolt, daß die bei Abnahme oder beim Abschalten des Gleichstromes im Gleichstromzwischenkreis 3 an der Glättungsinduktivität 4 auftretende Selbstinduktionsspannung in Durchlaßrichtung an den Ventilen 6 und 7 liegt, und der über die Glättungsinduktivität 4 (ließende Strom über die Diode 6 und den gezündeten Thyristor 7 weiterfließen kann. Der Verbindungspunkt 8 von Diode 6 und Thyristor 7 ist über einen Kondensator 9 mit der zweiten Stromschiene 10 b des Gleichstromzwischenkreises 3 verbunden. Damit ist mit der Serienschaltung von der Diode 6 und dem Kondensator 9 der Ausgang 11 des Gleichstromzwischenkreises und mit der Serienschaltung des Thyristors 7 und des Kondensators 9 der Eingang 12 des Gleichstromzwischenkreises 3 überbrückt.

Mit dem Läufer des Drehstromsynchronmotors 1 ist ein Tachodynamo 13 und ein beispielsweise mit Hallgeneratoren bestückter Läuferstellungsgeber 14 mechanisch gekoppelt. Die Signale des Tachogenerators 13 und des Läuferstellungsgebers 14 sind einem Steuersatz 15 zugeführt, der außerdem noch Signale eines in der Drehstromspeise]eitung angeordneten Stromwandlers 16 erhält und dem über einen Eingang 17 ein Drehzahlsollwert zugeführt werden kann. Von dem Steuersatz 15 werden über Leitungen 18 die Thyristoren des Wechselrichters 5, über Leitungen 19 die Thyristoren des Gleichrichters 2 und über die Leitung 20 der Thyristor 7 angesteuert. Steuersätze dieser Art sind bekannt. Ihr Aufbau kann beispielsweise den oben zitierten Literaturstellen in der Siemens-Zeh'schrift, 45. Jahrgang bzw. der IEEE Transaction on Industrie and General Applications entnommen werden.

Bei Betriebsdrehzahlen, die größer als etwa ein Zehntel der Nenndrehzahl ist, erfolgt bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung die Kommutierung des Motorstromes i^ beispielsweise vom Thyristor 5 a auf den Thyristor 5 b des Wechselrichters 5 mit Hilfe der Maschinenspannung der kapazitiv gesteuerten Synchronmaschine 1.

Für Betriebsdrehzahlen, die kleiner als etwa ein Zehntel der Nenndrehzahl sind, reicht jedoch die Maschinenspannung nicht aus, so daß mit Hilfe der aus dem Thyristor 7, der Diode 6 und dem Kondensator 9 bestehenden Summeniöscheinrichtung der Motorstrom i_M im Takt der Kommutierungsfrequenz zu Null gemacht werden muß.

Die genaue Funktionsweise dieser Summenlöscheinrichtung wird an Hand der Diagramme der F i g. 2 erläutert. In den Diagrammen sind die Zwischenkreisspannung u_D, die am Kondensator abfallende Spannung U_c, der Netzstrom i_N, der Motorstrom i_M, der Strom i_T über den Thyristor 7, der Strom ip über

ίο die Diode 6 und der Strom i_G durch die Glättungsinduktivität 4 über der Zeit t aufgetragen. Im interessierenden Drehzahlbereich zwiscnen einer Drehzahl η von ungefähr Null und ungefähr einem Zehntel der Nenndrehzahl ist die Zwischenkreisspannung u_D

is nur wenig von Null verschieden und der Steuerwinkel des Gleichrichters 2 beträgt ungefähr 90°, da u_u proportional n. Bei dem im Ausführungsbeispiel gezeigten sechspulsigen Stromrichter 2 erhält man dann eine Ausgangsspannung u_D, die bei diesem Steuer-

ao winkel nahezu den in F i g. 2 gezeigten Verlauf hat. Der Kondensator 9 ist auf die Spannung U ^ aufgeladen. Soll nun im Wechselrichter 5 eine Kommutierung, beispielsweise von den Thyristoren 5 a und 5 g auf die Thyristoren 5 b und 5 g stattfinden, so wird beim Nulldurchgang der Spannung u_D der Thyristor Ί gezündet (Zeitpunkt <*„). Kondensator 9 entlädt sich dann über den Thyristor 7, die beiden stromführenden Thyristoren des Gleichrichters 2, beispielsweise über die Thyristoren 2 α und 2 g, und die gesamte Induktivität des speisenden Netzes, die sich aus der Induktivität der Netzdrossel, der Induktioität der Zuleitung sowie der Steuerinduktivität des Transformators zusammensetzt. Im Zeitpunkt a_x hat der Strom i_T den Wert des Netzstromes i_N erreicht, so daß die Ventile 2 a und 2 g des Gleichrichters 2 verlöschen. Der Gleichstrom im Gleichstromzwischenkreis 3 ist damit abgeschaltet. Der durch die Glättungsinduktivität 4 eingeprägte und daher zunächst konstante Strom i_M lädt den Kondensator 9 weiter um, bis im Zeitpunkt \₂ die Spannung u_c am Kondensator 9 Null geworden ist. Von nun an wird im Kondensator 9 eine Gegenspannung aufgebaut, die den Motorstrom i_M im Zeitpunkt a₃ ebenfalls zu Null macht, so daß nun die stromführenden Ventile 5 a und 5 g des Wechselrichters verlöschen. Der weiterhin konstante Drosselstrom i_a fließt nun durch die Diode 6 und den Thyristor 7. Die Kondensatorspannung behält ihre auf Grund des Umschwingvorganges entstandene negative Spannung U _ bei, bis zum Zeitpunkt a₄ die Netzspannung und damit m_w wiederkehrt. Bei erneut gezündeten Ventilen des Gleichrichters 2 wird durch die entstehende Potentialdifferenz U_n-U. der Netzstrom wieder aufkommutiert, d. h. der Strom i_N nimmt in demselben Maße zu, der Strom i_T durch den Thyristor 7 abnimmt. Dabei ist U_n die höchste Momentanspannung der Zwischenkreisspannung ti_D. Im Zeitpunkt a₅ erlischt der Thyristor 7, der Netzstrom i_N hat den Wert i_a des nach wie vor konstanten Induktivitätsstromes i_G erreicht. Der Strom i_G lädt nun über die Diode 6 den Kondensator 9 weiter um. Im Zeitpunkt <x_e ist die Spannung u_c am Kondensator wieder Null und der Motorstrom i_M beginnt wieder zu fließen. Die Zündung der Ventile 5ft und 5g des Wechselrichters, auf die der Strom kommutiert werden soll, muß vor dem Zeitpunkt a₀ erfolgen. Im allgemeinen erfolgt die Zündung dieser Ventile mit einem Langzeitimpuls bereits erheblich früher, beispielsweise um Zeit-

punktet.„ der vor dem Nulldurchgang der Span- können auf alle Fälle Netzinduktivitäten in dei

.. , _. „ ., «, οι, ^ . ,, , „ , Größe der Motorinduktivität zugelassen werden. Be

nung u_D hegt. D_ie Zeit -J- - -°- entspricht der Schon- _{den üb},_{ichen Werten VQn} ^ ^ _diege N_etzimpe.

zeit t_s der Ventile des Wechselrichters 5. Dieser Zeit- danzen bedeuten, die selbst bei längeren Stichleirun-

raum muß eingehalten werden, um ein erneutes 5 gen nicht auftreten.

Zünden des gelöschten Ventils Sa des Wechsel- Beim Start des Wechselrichters ist der Kondenrichters 5 zu verhindern. sator 9 über die Glättungsinduktivität 4 und die Der Strom i_G bzw. i_D baut nun weiter eine positive Diode 6 ausreichend geladen. Die bei jedem Kom-Spannung am Kondensator 9 auf, so daß mit Hilfe mutierungsvorgang auftretenden Umschwingverluste dieser Spannung der Motorstrom i_M über die ein- ¹⁰ werden durch die zusätzliche Spannungszeitfläche der geschalteten Thyristoren Sb und 5 g des Wechsel- Gleichrichterspannung u_D z.B. zwischen den Zeitrichters wieder aufkommutiert wird. Im Zeitpunkt λ₇ punkten a₀ und a_t gedeckt.

ist die Kommutierung des Motorstromes abgeschlos- _Die Kommutierungsdauer r_K = *- - -^-

sen. Der Kondensator 9 hat die Spannung Cz₊ und ° ° ^Λ ω ω

ist somit bereits beim nächsten Nulldurchgang der '5 des Motorstromes beträgt ungefähr 30°, bezogen auf

Spannung u_D der in F i g. 2 mit a₈ bezeichnet ist, zu die Periodendauer des speisenden Netzes. Wegen

einer neuen Kommutierung bereit. Die Höhe der dieser sehr kurzen Kommutierungsdauer sind die

Spannung U₊ am Kondensator 9 ergibt sich aus der Momenteinbrüche an der Motorwelle ebenfalls

Beziehung äußerst klein.

ao Zusammenfassend ist festzustellen, daß bei dem

yL_m erfindungsgemäßen Stromrichtermotor mit einer Summenlöscheinrichtung als Anfahrhilfe der Netz-C und Maschinenstrom zeitlich nacheinander ab- bzw. wieder aufkommutiert werden. Damit ist eine An-

worin L„, die resultierende Kommutierungsinduk- ^a5 fahrhilfe geschaffen, die mit geringem Aufwand an tivität des Motors 1 und C die Kapazität des Kon- Bauelementen eine sichere Kommutierung des densators 9 ist. Da diese Spannung auch für die Motorstromes auch in Bereichen sehr kleiner Dreh-Kommutierung des Netzstromes zur Verfugung steht, zahlen sicherstellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2

Applications, Vol. JGA-7, No. 4, 1971, S. 539 bis

Patentanspruch: 543 ist ein Stromrichtermotor der eingangs genann

ten Art bekannt, bei dem die Kommutierung des

Anordnung zur Speisung eines Stromrichter- Motorstromes durch ein gesteuertes Freilaufventil motors über einen Umrichter mit Gleichstrom- 5 erfolgt, das antiparallel zur Glättungsinduktivität des zwischenkreis, in dem eine Glättungsinduktivität Gleichstromzwischenkreises geschaltet ist, so daß der mit einem parallelgeschalteten steuerbaren Strom- Drosselstrom während der Kommutierung ungerichterventil angeordnet ist, welches derart gepolt hindert weiterfließen kann und nur der Motorstrom ist, daß eine an der Glättungsinduktivität bei über den Wechselspannungsanteil der Gleichrichter-Stromabnahme auftretende Selbstinduktions- io ausgangsspannung kommutiert werden muß. Dieses spannung in Durchlaßrichtung am Stromrichter- Verfahren hat den Nachteil, daß zusätzlich zu den ventil liegt, dadurch gekennzeichnet, Streureaktanzen des Motors die Induktivitäten der daß der Ausgang (11) des Gleichstromzwischen- Netzzuleitung, einschließlich der Streureaktanz des kreises (3) von einer Serienschaltung einer Diode Speisetransformators stark die Höhe des kommutier-(6) und einer Kapazität (9) überbrückt ist und 15 baren Stromes beeinflussen.

daß die Diode (6) in Reihe mit dem gesteuerten Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1563471

Stromrichterventil (Thyristor 7) parallel zur Glät- oder der deutschen Offenlegungsschrift 2 003 639 tungsinduktivität (4) geschaltet ist. sind Stromrichtermotoren bekannt, die eine Anfahr

hilfe im Bereich kleiner Drehzahlen besitzen. Es ist 20 ein steuerbares Hauptventil vorgesehen, das den Strom im Zwischenkreis unterbricht. Für dieses Hauptventi! ist ein Löschkreis anzuordnen. Abweichend von den oben beschriebenen bekannten Stromrichtermotoren, bei denen der Motorstrom zur

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung 25 Kommutierung der Wechselrichterventile mittels zur Speisung eines Stromrichtermotors über einen entgegengerichteter Ströme unterdrückt wird, wird Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis, in dem bei den aus den letztgenannten deutschen Offeneine Glättungsinduktivität mit einem parallelgeschal- legungsschriften bekannten Stromrichtermotoren der teten steuerbaren Stromrichterventil angeordnet ist, Motorstrom mit Hilfe des Hauptventils unterbrochen, welches derart gepolt ist, daß eine an der Glättungs- 3° Dieses Hauptventil muß daher für eine hohe Beinduktivität bei Stromabnahme auftretende Selbst- lastung ausgelegt sein und kann leicht zerstört Induktionsspannung in Durchlaßrichtung am Strom- werden.

richterventil liegt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

Unter Stromrichtermotoren versteht man Drehfeld- bei möglichst geringem Aufwand an Bauelementen maschinen synchroner Bauart, die aus einem Wech- 35 den Motorstrom auch bei sehr kleinen Betriebsdrehselstrom- oder Drehstromnetz konstanter Spannung zahlen zu kommutieren.

und Frequenz über einen gesteuerten Gleichrichter, Diese Aufgabe wird bei einem Stromrichtermotor

einen Gleichstromzwischenkreis und einen Wechsel- der eingangs genannten Art nach der Erfindung lichter gespeist werden. Die Taktung des Wechsel- dadurch gelöst, daß der Ausgang des Gleichstromrichters erfolgt lastabhängig (läuferstellungsabhän- 40 zwischenkreises von einer aus einer Diode und einem gig), die Kommutierungsblindleistung liefert die Kondensator bestehenden Serienschaltung überbrückt Maschine. ist und daß die Diode in Reihe mit dem gesteuerten

Beim Stromrichtermotor kann die Blindleistung Stromrichterventil parallel jur Glättungsinduktivität für die Kommutierung des Motorstromes erst ab geschaltet ist.

einer gewissen Betriebsdrehzahl vom Motor selbst 45 Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird der zur Verfügung gestellt werden. In einem Drehzahl- maximale Motorstrom unter Zuhilfenahme der Oberbereich, der zwischen Null und etwa einem Zehntel Wellenspannung des Netzgleichrichters auch bei der Nenndrehzahl des Stromrichtermotors liegt, muß Betriebsdrehzahlen kommutiert, die nur wenig von daher auf gesonderte Anfahrhilfen zurückgegriffen Null verschieden sind. Es wird der Strom zunächst werden, bei denen der Bereich kleiner Drehzahlen 5" in der Netzzuleitung und dann erst im Motor abmit Hilfe zusätzlicher Vorrichtungen oder entspre- bzw. wieder aufkommutiert, wobei der Kommutiechender Umschaltungen durchfahren wird. rungsvorgang des Motorstromes sehr rasch abläuft

Bekannt ist es aus der deutschen Patentschrift und die entstehende strom- bzw. momentlose Pause 639 322 im Bereich kleiner Motordrehzahlen, d. h. im Motor sehr klein gehalten werden kann. Der langsamer Kommutierungsfolge des Wechselrichters, 55 Strom in der Glättungsinduktivität fließt während der kurz vor jedem Phasenwechsel der Drehfeldmaschine gesamten Kommutierung ungehindert mit annähernd den Strom im Gleichstromzwischenkreis durch ent- konstanter Größe weiter. Der kommutierbare Strom sprechende Aussteuerung des Gleichrichters zu Null ist praktisch unabhängig von der Induktivität des zu machen, wodurch die steuerbaren Stromrichter- speisenden Drehstromnetzes, dies ergibt eine schnelventile des Wechselrichters ihre Sperrfähigkeit wieder 60 lere Kommutierung. Durch das zeitliche Nacheinerlangen und anschließend in der gewünschten ander der Kommutierung des Netz- und Motor-Phasenlage wieder neu gezündet werden können. Bei stromes entstehen zwei getrennte Kommutierungsdiesem bekannten Stromrichtermotor ist jedoch die er- kreise, wobei jeder Kreis eine Kommutierungsspanreichbare Kommutierungsfrequenz relativ klein, unter nung genügender Höhe aus einer Kondensatoranderem ist sie durch die natürliche Todzeit des netz- 65 Umladung infolge eines Umschwingvorganges im geführten Gleichrichters begrenzt. Aus der Siemens- anderen Konimutierungskreis erhält.
Zeitschrift, 45. Jahrgang, 1971, S. 186 bis 188 oder Der Aufwand für diese Summenlöschung ist gering,

der IEEE Transaction on Industry and General Insbesondere ist bei dieser Anfahrhilfe kein zusatz-