DE2246562C3 - Wechselrichterventile eines einen Drehfeldmotor speisenden Zwischenkreisumrichters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Summenlöscheinrichtung für die von einer Zündeinrichtung mit folgerichtigen Impulsen steuerbaren Wechselrichterventile eines einen Drehfeldmotor speisenden Zwischenkreisumrichters, die zwischen den Ausgangsklemmen die Reihenschaltung eines Kommutierungskondensators und eines ungesteuerten Stromrichterventils enthält, wobei parallel zum Kommutierungskondensator die Reihenschaltung eines steuerbaren Stromrichterventils und einer Umschwingdrossel liegt.

Eine solche Summenlöscheinrichtung für einen Zwischenkreisumrichter mit eingeprägter Gleichspannung ist aus dem »Bulletin Mensuel de TAssociation international du congres des Chemins de Fer«, Vol. XLV 1968, S. 101 bis 103, bekannt. Bei dieser Summenlöscheinrichtung ist es möglich, daß der Kommutierungskondensator während des Betriebes nicht genügend aufgeladen wird und daher seine Energie zur Kommutierung des Betriebsstromes nicht Busreicht. Damit sind Betriebsstörungen und Betriebsfiusfälle nicht ausgeschlossen.

Aus der DT-AS 15 13 518 ist zur Speisung eines Drehfeldmotors ein Zwischenkreisumrichter bekannt, der für einen eingeprägten Gleichstrom im Zwischenkreis ausgelegt ist. Bei diesem Zwischenkreisumrichter ist jeweils einem Brückenstrang des Wechselrichters eine Löscheinrichtung mit einem gesonderten Kornmutierungskondensator zugeordnet.

Es besteht die Aufgabe, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß bei möglichst geringem Aufwand der Molorstrom auch bei sehr kleinen Betriebsdreh/.ahlen störungsfrei zu kommutieren ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Zwischenkrcis für einen eingeprägten Strom ausgelegt ist und im jeweiligen Kommutierungskreis ein Teil der Motorwicklungen enthält und daß ein die Spannung am Koinnniticrungskondensator messender Spannungsindikator vorgesehen ist, dessen Ausgangssignai die Zündeinrichtung derart beeinflußt, daß die Zündimpulse gesperrt sind, wenn die Spannung am Kommutierungskondensator einen Grenzwert unterschreitet.

Mit der erfindungsgemäßeii Summenlöscheinrichtung ist sichergestellt, daß die Spannung am Kommutierungskondensator immer für eine Kommutierung ausreichend ist. Betriebsstörungen sind damit ausgeschlossen. Mit jeder Kommutierung im Wechselrichter des Zwischenkreisumrichters werden die beiden stromführenden Wicklungen stromlos gemacht, und in einer nachfolgenden, kurzen, stromfreien Pause wird eine neue Gruppe von Stromrichterveniilen eingeschaltet. Man erhält mit der Summenlöscheinrichtung sehr kurze Kommutierungszeiten und daher nur geringe Momenteinbrüche. Die Summenlöscheinrichtung ist leerlaufsicher, d. h. auch bei Juckendem Gleichstrom voll funktionsfähig. Außerdem ist nur ein zusätzlicher Spannungsindikator erforderlich und eine gesonderte Spannungsquelle für die Erstaufladung oder für Nachladungen wird nicht benötigt.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Summenlöscheinrichtung beispielhaft an Hand der Fig : und 2 erläutert.

F i g. 1 zeigt die Schaltung eines Stromrichtermotors. Die dreiphasige Wicklung einer Synchronmaschine 1 wird aus einem Drehstromnetz R, S, T über einen gesteuerten Gleichrichter 2, einem Gleichstromkreis 3 mit Glättungsinduktivität 4 und einem gesteuerten Wechselrichter 5 gespeist. Im Ausführungsbeispiel ist der Gleichrichter 2 aus sechs steuerbaren Stromrichterventilen la bis 2/ in Drehstrombrückenschaltung und der Wechselrichter 5 aus steuerbaren Stromrichterventilen 5α bis 5/ ebenfalls in Drehstrombrückenschaltung aufgebaut. Die steuerbaren Stromrichterventile la bis If bzw. 5« bis 5/ können beispielsweise Thyristoren sein.

Mit dem Motorläufer des Drehstromsynchronmotors 1 ist ein beispielsweise permanentmagnetischer oder mit Hallgeneratoren bestückter Rotorlagengeber 6 und ein Tachodynamo 7 mechanisch gekoppelt. Die Signale des Rotorlagengebers 6 sind einer Logikstufe 8 zugeführt, die über Leitungen 9 die Stromrichterventile 5α bis 5/ des Wechselrichters 5 in Abhängigkeit von den Signalen des Läuferstellungsgcbers 6 ansteuert. Die Signale des Tachodynamos 7 werden in einer Addierstufe 10 mit einem Drehzahlsollwert verglichen, der über den Eingang 11 eingegeben werden kann. Die erhaltene Regelabweichung wird einem Drehzahlregler 12 zugeführt, dessen Ausgangssignal in einer weiteren Addierstufe 13 mit Signalen eines Stromwandlers 14 verglichen wird, der in der Drehstromspeiseleitung angeordnet ist. Der Addierstufe 13 ist ein Stromregler 15 nachgeschaltet, von dem über Leitungen 16 die Stromrichterventile la bis If des Gleichrichters 2 angesteuert werden.

Die Ausgangsklemmen 3a und 3b des Zwischenkreises 3 mit eingeprägtem Strom sind durch eine Serienschaltung 17 überbrückt, die aus einem ungesieuerien Stromrichterventil 18, einem gesteuerten Stromrichterventil 19 und einer Umschwingdrossel 20 besteht. Die Umschwingdrossel 20 ist mit dem gesteuerten Stromrichterventil 19 verbunden und der Umschwingdrossel 20 und dem steuerbaren Stromrichterventil 19 ist ein Kommuticrungskondensator 21 parallel geschaltet. Diese Sendeschaltung 17 und der Kommutierungskondensator 21 sind Bestandteil der Summenlöscheinrichtung, in dessen Kommutierungskreis die Mischinenwicklungen als Kommutierungs-

induktivitäten liegen. Das ungesteuerte Stromrichterventil 18 kann beispielsweise eine Diode sein, die als Entkopplungsdiode dient, und das gesteuerte Stromrichterventil 19 kann ein Thyristor sem, der im allgemeinen als Löschthyristor bezeichnet wird.

Zur Ladung des Kommutierunsskondensators 21 igt ein Gleichrichter 22 vorgesehen, der aus ungesteuerten Ventilen in Drehstrombrückenschaliung aufgebaut ist. Der Eingang des Gleichrichters 72 ist Ober einen Transformator 23 mit der Drehstromjpeiseleitung und der Ausgang des Gleichrichters 22 fiber einen Widerstand 24 mit dem Kummutierungskondensator 21 verbunden. Auf den Ladevorgang ivird noch gesondert eingegangen werden.

Zur Ansteuerung des steuerbaren Ventiles 19 der Summenlöscheinrichtung ist eine DifTerenzierstufe 25 vorgesehen, die mit der Logikstufe 8 verbunden ist. Außerdem ist eine Spannungsindikatorstufe 26 angeordnet, mit der die am Kommutierungskundensator 21 liegende Kondensatorspannung u_c bestimmt wird. Die Spannungsindikatorstufe kann beispielsweise eine Zenerdiode mit der Durchbruchspannung M_n sein. Der Ausgang der Indikatorstufe 26 ist mit einem Sperreingang 27 der Logikstufe 8 verbunden. Für diese Verbindung ist wegen der Potentialtrennung und wegen einer verzögerungsfreien übertragung des statischen Signales ein optoelektronisches Koppelelement, beispielsweise eine Lichtschranke, vorgesehen. Auf die Funktion der Indikatorstufe 26 wird im folgenden noch näher eingegangen werden.

Bei Betriebsdrehzahlen, die größer als etwa ein Zehntel der Nenndrehzahl n.\ sind, erfolgt bei dem in F i g. 1 dargestellten Stromrichtermotor die Kommutierung des Motorstromes im beispielsweise vom Thyristor 5(/ auf den Thyristor 5b des Wechselrichters 5 mit Hilfe der Maschinenspannung der Synchronmaschine 1.

Für Betriebsdrehzahlen, die kleiner als etwa ein Zehntel der Nenndrehzahl sind, reicht jedoch die Maschinenspannung nicht aus, so daß mit Hilfe der Summenlöscheinrichtung der Motorstroir: i'.\j im Takt der Kommutierungsfrequenz zu Null gemacht werden muß.

Die genaue Funktionsweise der Summenlöscheinrichtung wird an Hand der Diagramme der F i g. 2 erläutert. In den Diagrammen ist die Spannung iu am Kommutierungskondensator 21, der Strom //. über die Umschwingdrossel 20, der Motorstrom i.u, die Ausgangsspannung ua der Spannungsindikatorstufe 26 und der Zündimpuls Z für den Löschthyristor 19 über der Zeit / aufgetragen. Es sei angenommen, daß die Stromrichterventile 5a und 5/ Strom führen und daß der Motorstrom (λ/ beispielsweise vom Thyristor Sa auf den Thyristor 5b des Wechselrichters 5 kommutiert werden sollen, daß der Kornmulierungskondensator 21 mit der in Fig. i angegebenen Polarität aufgeladen ist.

Im Anfahrbereich, d. h. im Drehzahlbereich zwischen einer Drehzahl η von ungefähr Null und einem Zehntel der Nenndrehzahl η χ läuft der Lösch- bzw. Kommutierungsvorgang folgendermaßen ab: Das Stromrichterventil?/) erhält /um Zeitpunkt ot -■- \, über die Logikstufe 8 einen Zündbefehl. Gleichzeitig wird aus diesem Signal über die Differenziersmfe 25 ein Zündsigna! Z für den Löschthyristor 1.9 gewonnen. Bei gezündetem Stromrichterventil 19 entlädt sich der Kommutierungskondensator 21 über die Umschwingdrossel 20 und den Thyristor 19. Hat im Zeitpunkt <υί = λ, die Kondensatorspannung uc den Kippspannungswert Uc₁ der Spannungsindikatorstufe26erreicht, so ändert sich das Ausgangssignal uu der Spannungsindikatorstufe 26 und bewirkt über den Löscheingang 27 der Logiksiufe 8 eine Sperre aller Zündsignale für die Thyristoren 5« bis 5/ des Wechselrichters 5. Da das aufzukommutierende Stromrichterventil 5b des Wechselrichters 5 bisher noch keinen Strom führen konnte, geht es wieder in den nicht leitenden Zustand über. Im Zeitpunkt λ₃ ist ι/ο = 0. Der Umschwingstrom ii hat dann seinen Höchstwert. Mit der nun negativ werdenden Kondensatorspannung uc wird Strom über die Diode 18 entgegen der Durchlaßrichtung der Ventile 5a und 5/ des Wechselrichters 5 getrieben, so daß der Motorstrom ist abzunehmen beginnt.

Im Zeitpunkt ω/--_\, wird der Umschwingstrom Il = 0. so daß das Stromrichterventil 19 ohne weitere Maßnahmen erlischt. Die negative Kondensatorspannung Hc treibt den Strom i.u weiter gegen Nu!!, bis zum Zeitpunkt «>t = -\₅ die noch stromführenden Stromrichterventile Sa und 5/ des Wechselrichters 5 erlöschen. Der Kommutierungskondensator 21 wird nun vom weiterhin konstanten Zwischenkreisstrom Id nach positiveren Werten hin umladen. Bei at = \₆ wird die Kondensalorspannung uc wieder Null, die

Zeit / = — (ä₆—A₅) muß mindestens gleich der

Schonzeit der Ventile des Wechselrichters 5 sein.

Normalerweise könnte ab i»t = \₆ die Aufkommutierung des Maschinenstromes /.u in den neu gezündeten Stroinrichterventilen 5b und 5/ des Wechselrichters 5 beginnen. Da aber uc noch nicht wieder den Wertt/nals Rückkippwert der Spannungsindikatorstufe 26 erreicht hat. wird der Kommutierungskondensator 21 bis tot = \_T von I,i weiter geladen. Mit der Freigabe der Zündsignale für die Stromriehterventile 5b und 5 /" im Zeitpunkt wt — \₇, in dem die Ausgangsspannung Vc der Indikatorstufe 26 zurückkippt, beginnt die Aufkommutierung des Motorstrome·; im, die im Zeitpunkt u>t = \, abgeschlossen ist. Die Kondensatorspannung uc hat dann die für die nächste Kommutierung erforderliche Polarität, die in der F i g. 1 angegeben ist und die Größe uc₂.

Die verzögerte Freigabe der Zündimpulse des Wechselrichters 5 bewirkt, daß die positive Endspannung uc» höher wird als die aus dem eigentlichen Kommutierungsvorgang resultierende.

Es gilt:

u_C2

■>c\

worin L.v die am Kommutierungsvorgang beteiligten Motorstreuinduktivitäten sind. Die Kondensatorspannung tici wird mit Hilie der Spannungsindikatorstufe 26 so gewählt, daß einerseits die Verluste des vom Zeitpunkt \, bis zum Zeitpunkt ^ dauernder, '.^Tmsehwingvorganges gedeckt sind und sich andererseits eine Spannung U^ ergibt, mit der gegebenenfalls ein gegenüber der vorherigen Kommutierung wesentlich höherer Strom kommutiert werden kann.

Durch diese Maßnahmen kann auf Nachladung des Kommutierungskondensators 21 von zusätzlichen Spanniingsqucllen her verzichtet weiden. Die in Fig.i angegebene Hiiisspannungsquellc. die eine Spannung U-,i über den Widerstand 24 an den Korn-

mutierungskondcnsator 21 legt, wird nur zur Deckung der Leckverluste des Kommulicrungskondcnsalors und des Eigenbedarfes der lndikatorstufc 26 bei Generatorbetrieb des Antriebes benötigt und kann daher für entsprechend kleine Leistung ausgelegt sein.

Die Erstaufladung des Kommuticrungskondcnsators 21 beim Anfahren erfolgt ebenfalls über den Zwischenkreis 3, da vor Erreichen des Spannungswertes i/c, am Kommutierungskondensator 21 im Wechselrichter 5 kein Strom fließen kann.

Durch die Spannungsindikatorstufe 26 ist ein sicherer Betrieb des Umrichters bei lückcndem Laststrom sichergestellt. Selbst wenn z. B. während der Kommutierung infolge eines Reglcrcingrifics am Steuersatz 12 bzw. 15 der Gleichrichterbrücke 2 der Strom Ia im Zwischenkreis 3 lückt und somit die Umladung des Kommutierungskondensators 21 auf positive Spannung unterbrochen wird, so ist durch die Sperre der Signale des Wechselrichters 5 sichergestellt, daß bei Wiederkehr des Stromes zunächst der Kommutierungskondensator 21 bis zur Spannung uc\ weitergcladen wird. Erst nach Überschreiten dieses Grenzwertes gibt die Spannungsindikatorstufc 26 die Zündsignale für die Stromrichterventile des Wechselrichtcrs 5 frei.

Zu erwähnen ist noch, daß die im Ausführungsbcispiel als Anfahrhilfe benutzte Summcnlöschcinrichtung bei Erreichen der für die maschinengeführte Kommutierung erforderlichen Mindestdrehzahl von ungefähr

ίο 10% der Nenndrehzahl in einfacher Weise durch Sperrung der Diflerenzicrstufe 25 abgeschaltet werden kann. Hierzu ist ein Sperreingang für die DifFerenzierstufe 25 vorgesehen, der in F i g. 1 mit 28 bezeichnet ist. Es ist jedoch zu betonen, daß die beschriebene Summenlöscheinrichtung nicht nur als Anfahrschaltung für Stromrichtermotoren tauglich ist. Sie ist bei allen Umrichtern mit Stromzwischenkreis unabhängig von der Art des Drehfeldmotors voll funktionstüchtig einsetzbar. Beispielsweise kann dieser Drehfeldmotor

ao auch eine Drehstrom-Asynchronmaschine sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Summenlöscheinrichtung für die von einer Zündeinrichtung mit folgerichtigen Impulsen Steuerbaren Wechselrichterventile eines einen Drehfeldmotor speisenden Zwischenkreisumrichters, die zwischen den Ausgangsklemmen die Reihenschaltung eines Kommutierungskondensators und eines ungesteuerten Stromrichterventil* enthält, wobei parallel zum Kommutierungskondensator die Reihenschaltung eines steuerbaren Stromrichterventils und einer Umschwingdrossel liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkreis (3) für einen eingeprägten Strom ausgelegt ist und im jeweiligen Kommutierungskreis einen Teil der Motorwicklungen enthält und daß ein die Spannung am Kommutierungskondensator (21) messender Spannungsindikator (26) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal die Zündeinrichtung (8) derart beeinflußt, daß die Zündimpulse gesperrt sind, wenn die Spannung am Kommutierungskondensator einen Grenzwert (Ua) unterschreitet.

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