DE2365111B2

DE2365111B2 -

Info

Publication number: DE2365111B2
Application number: DE19732365111
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl.-Ing. 1000 Berlin Nestler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1973-12-21
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1978-10-05
Also published as: DE2365111A1; DE2365111C3

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Hochfahren von Wechsel- bzw. Drehstrommaschinen mit einem Schwingkreisumrichter.

Schwinglcreisumrichter werden neben der Mittelfrequenzversorgung bei der induktiven Erwärmung zur Speisung von schnellaufenden Wechsel- und Drehstrommaschinen, insbesondere von Hysteresemotoren, die Zentrifugen antreiben, angewendet

Die Gründe für den Einsatz von Schwingkreisumrichtern zur Speisung von Drehstrommaschinen sind einmal der hohe Blindleistungsbedarf der Motoren, der zweckmäßig durch Kondensatoren zu decken ist, und zum anderen die hohe geforderte Betriebsfrequenz des Umrichters. Die Motoren können entweder parallel- oder reihen kompensiert werden. Im Hinblick auf einen geringen Oberschwingungsgehalt des Motorstromes bzw. der Spannung wird im allgemeinen die Parallelkompensation bevorzugt Ein Schwingungskreisumrichter zur Speisung von kompensierten Mittelfrequenzmotoren ist in der Zeitschrift ETZ-A 93 (1972), Heft 1, Seiten 8-15 beschrieben.

Da Schwingkreisumrichter mit fester Kompensation nur in einem relativ kleinen Frequenzbereich wirtschaftlieh zu betreiben sind, ist das Hochfahren der Motoren mit Hilfe eines derartigen Umrichters nicht ohne weiteres möglich; denn bei fester Kompensation ändert sich der Löschwinkel der Wechselrichterventile mit der Betriebsfrequenz, und zwar nimmt er mit steigender Frequenz zu. Bei zu großem Löschwinkel wird der Schwingkreisumrichter mit hohem Blindstrom belastet, während bei zu kleinem Löschwinkel die Kommutierung der Wechselrichterventile gefährdet ist, denn der Löschwinkel darf die Freiwerdezeit der verwendeten Ventile nicht unterschreiten.

Zum Hochfahren einer größeren Zahl von Motoren, die von einem Umrichter versorgt werden, benutzt man daher zusätzlich kleinere Umrichter, zwangskommutierte oder Transistorumrichter, die in der Lage sind, Spannung und Frequenz der Drehfeldmaschinen dem Hochlauf anzupassen, so daß ein zulässiger Schluß nicht überschritten wird. Die Motoren werden dabei gruppenweise nacheinander hochgeschleppt und daran anschließend dem mit konstanter Frequenz und konstanter Korapensationskapazität arbeitenden Schwingkreisumrichter zugeschaltet

Der Nachteil dieses Verfahrens ist der, daß zum Hochfahren der Motoren einer Anlage eine längere Zeit benötigt wird, da die Motoren nacheinander hochgefahren werden und daß außerdem separate Umrichter erforderlich sind, die nur für den Hochfahrvorgang benötigt werden. Es ist darüber hinaus ein besonderes Verteilungsnetz zu installieren, damit die Motoren einerseits zum Hochfahren an den Hochfahrumrichter und andererseits zum Betrieb an den Schwingkreisumrichter angeschlossen werden können.

Grundsätzlich könnte man die Kompensationskapazität zur Einhaltung des Löschwinkels der jeweiligen Taktfrequenz des Schwingkreiswechselrichters anpassen. Hierzu wäre eine umschaltbare Kondensatorbatterie erforderlich, die für die niedrigen Taktfrequenzen hohe Kapazitätswerte haben müßte. Da die Motorspannung proportional mit der Frequenz vorgegeben werden muß, würde der Umrichter bei niedrigen Drehzahlen mit kleinen Spannungen fahren und damit dem speisenden Netz hohe Blindleistung entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, alle von einem Schwingkreisumrichter gespeisten Wechsel- bzw. Drehstrommaschinen gleichzeitig hoch zu fahren.

Diese Aufgabe wird beim eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei konstanter Kompensationskapazität ein gleichbleibendes Verhältnis von Taktfrequenz fr des Schwingkreiswechselrichters und der Resonanzfrequenz /0 des wirksamen Schwingkreises erreicht wird, durch eine Anpassung der wirksamen Induktivität des Lastkreises über einen zwischen dem Schwingkreisumrichter und der konstanten Kompensationskapazität einerseits und den hochzufahrenden Drehfeldmaschinen andererseits angeordneten Transformator.

Dabei wird in weiterer Gestaltung der Erfindung die Taktfrequenz in Stufen vorgegeben und das Übersetzungsverhältnis des Transformators stufenweise geändert

Die Erfindung erklärt sich folgendermaßen:

Will mar. einen konstanten Löschwinkel des Schwingkreiswechselrichters beibehalten, muß die Abstimmung des Schwingkreises bei der sich verändernden Taktfrequenz des Schwingkreiswechselrichters erhalten bleiben, d.h. das Verhältnis der Taktfrequenz fr des Schwingkreiswechselrichters zur Resonanzfrequenz fa des wirksamen Schwingkreises muß konstant bleiben. Beim Hochfahren des Schwingkreisumrichters wird aber nun die Taktfrequenz fr gesteigert; folglich muß auch die Resonanzfrequenz /0 in gleichem Maße verändert werden. Letztere ist bestimmt durch folgenden Zusammenhang:

/0 =

2 π

Darin bedeuten:

C = die Kompensationskapazität des Schwingkreises
L = die wirksame Induktivität des Lastkreises

Läßt man die Kompensationskapazität C konstant, ist eine Anpassung der Resonanzfrequenz /0 an die Taktfrequenz, fr nur durch eine Veränderung der wirksamen Größe der Schwingkreisinduktivität möglich. Dies wird dadurch erreicht daß die an sich

konstante Lastinduktivität durch ein veränderliches Obersetzungsverhältnis eines Transformators verändert wird.

Vorteilhafterweise kann dann, da eine Spannungsanpassung im Lastkreis an die Taktfrequenz gegeben ist, d. h. die Wechsel- bzw. Drehstrommaschmen immer mit konstantem Fluß betrieben werden, der Schwingkreisumrichter mit seiner Nennspannung arbeiten. Er stellt dann für das speisende Netz eine geringe Blindstrombelastung dar.

Anhand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausfiihrun&sbeispiel der Erfindung erläutert

Der Schwingkreisumrichter besteht aus einem von einem Netz gespeisten Gleichrichter 1, einer Glättungsdrossel 2 und einem Schwingkreiswechselrichter 5. Es ist weiterhin eine Anschwingvorrichtung für den Schwingkreiswechselrichter dargestellt, die aus einer Hilfsbrükke 3 und zwei Hilfskapazitäten 4 besteht Der Ausgang des Schwingkreiswechselrichters 5 speist über einen Transformator 8 und einen Stufenschalter 9 die die Last darstellenden Wechsel- bzw. Drehstrommotoren, beispielsweise Hysteresemotoren 11. Werden mehrere Maschinen gleichzeitig gespeist so ist zweckmäßigerweise ein Sammelschienensystem 10 vorzusehen.

In dem dargestellten Beispiel ist der Transformator als Spartransformator ausgeführt, der einzelne Anzapfungen besitzt, die über Schütze geschaltet werden. Die Ausführung des Transformators und die Mittel zum Schalten der einzelnen Stufen sind jedoch im Rahmen der Erfindung nicht an das dargestellte Beispiel so gebunden, sondern es können z. B. auch elektronische Schaltelemente zum Einsatz kommen. Der Transformator hat ebenso viele Anzapfungen, wie Frequenzstufen erforderlich sind. Die Zahl der Frequenzstufen, mit denen die Motoren hochgefahren werden sollen, richtet J5 sich nach ihrem zulässigen Schlupf. Die Übersetzung des Transformators kann somit über die Anzapfungen in Stufen verändert werden.

Zwischen dem Transformator 8 und dem Ausgang des Schwingkreiswechselrichters 5 ist die !Compensationskapazität 7 angeschlossen.

Eine Hochfahrautomatik 17 gibt in Zeitabschnitten die Taktfrequenz des Schwingkreiswechselrichters 5 und außerdem die entsprechende Obersetzung des Transformators 8 vor, indem die Transformatoranzapfung über den dazugehörigen Schalter an die Klemmen des Lastsystems gelegt wird. Die Motoren erhalten eine Spannung, die der Taktfrequenz proportional ist während der Schwingkreisumrichter seine Nennspannung abgibt Die Motoren werden in einer Zeitstufe mit konstanter Frequenz gespeist Sie laufen also asynchron und beschleunigen so lange mit ihrem asynchronen Drehmoment, bis sie die konstante Drehzahl erreicht haben. Nachdem die Motoren den Synchronismus oder die konstante Drehzahl erreicht haben, kann die Hochfahrautomatik 17 auf die nächsthöhere Taktfrequenz des Schwingkreiswechselrichters umschalten.

Wie in der Zeichnung erkennbar, ist eine Drehzahlerfassung 18 vorgesehen, deren Informationswert an die Hochfahrautomatik 17 gegeben wird. Die Umschaltung von einer Frequenzstufe des Schwingkreiswechselrichters 5 auf die nächsthöhere kann in der Weise geschehen, daß der Umrichter kurzzeitig ausgeschaltet wird, also keine Leistung überträgt Dazu greift die Hochfahrautomatik in den Spannungsregler 12 eines Regelkreises ein, der von der mit Spannungswandlern 6 gemessenen und gleichgerichteten Istspannung £4, des Wechselrichterausganges ausgeht und nach einem Vergleich mit einer vorgegebenen Sollspannung U_sou Ober eine Steuerstufe 13 die Ventile des Gleichrichters 1 des Schwingkreisumrichters steuert

Die Hochfahrautomatik 17 gibt zum einen die nächsthöhere Frequenzstufe vor. Dies erfolgt durch Eingriffe in eine von einem Frequenzgenerator 14 .gesteuerte Untersetzerstufe 15, deren Ausgänge über einen Impulsverstärker 16 die einzelnen Ventile des Schwingkreisumrichters 5 steuern. Für den Anschwingvorgang erfolgt gleichzeitig die Steuerung der Ventile der Hilfsbrücke 3.

Zum anderen gibt die Hochfahrautomatik 17 die nächste Stufe des Transformators 8 vor, und es erfolgt damit eine Veränderung seines Übersetzungsverhältnisses.

Nach Vorgabe einer neuen Stufe schwingt der Umrichter über Anschwingeinrichtung, Hilfsbrücke 3 mit der neuen Frequenz an. Die Motoren laufen wieder asynchron und beschleunigen bis zu dem Zeitpunkt, in dem sie konstante Drehzahl erreicht haben. Gegebenenfalls schließt sich dann wieder eine Umschaltung auf die nächsthöhere Frequenzstufe mit einer gleichzeitigen Umschaltung des Transformators an.

Nachdem bisher davon ausgegangen wurde, daß die Umschaltung von einer Frequenzstufe auf eine andere von der Drehzahl abhängig gemacht wird, kann sie jedoch auch von einer vorgegebenen Zeit abhängig gemacht werden. Diese wäre dann so zu wählen, daß die Motoren in einer Frequenzstufe mit Sicherheit konstante Drehzahl erreichen.

Vorteilhafterweise läßt sich mit dem angegebenen Verfahren ein Hochfahren ermöglichen, ohne daß die Werte der Kompensationskapazität verändert werden; insbesondere ist es nicht erforderlich, bei niedrigen Betriebsfrequenzen höhere Kapazitätswerte vorzusehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Hochfahren von Wechsel- bzw. Drehstrommaschinen mit einem Schwingkreisumrichten dadurch gekennzeichnet, daß bei konstanter Kompensationskapazität ein gleichbleibendes Verhältnis von Taktfrequenz fr des Schwingkreiswechselrichters und der Resonanzfrequenz /o des wirksamen Schwingkreises erreicht wird, durch eine Anpassung der wirksamen Induktivität des Lastkreises über einen zwischen dem Schwinglcreisumrichter und der konstanten Kompensationskapazität einerseits und den hochzufahrenden Drehfeldmaschinen andererseits angeordneten Transformator.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz fr in Stufen vorgegeben und das Übersetzungsverhältnis des Transformators stufenweise geändert wird.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator als Spartransformator ausgeführt ist