DE2513809C3 - Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis - Google Patents
Umrichter mit GleichspannungszwischenkreisInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Umrichter mit einem netzgeführten gesteuerten Gleichrichter, einem selbstgeführten
Wechselrichter mit Hauptthyristoren in Brückenschaltung, einem den Gleich- und den Wechselrichter
verbindenden Gleichspannungszwischenkreis und einem Regler für den Gleichrichter, dem als Istwert
die Ausgangsspannung des Umrichters zugeführt ist und der zur Sollwerteingabe mit einem Sollwertgeber
verbunden ist.
Seiche Umrichter mit variabler Zwischenkreisspannung
und Regeleinrichtung sind bekannt (Siemens-Zeitschrift 1967, Seiten 133 bis 138). Solche Umrichter
werden wegen ihres einfachen Konzeptes vielfach angewendet, beispielsweise zur Speisung von Drehstrommaschinen,
insbesondere von Motorgruppen. Bei diesen Umrichtern ist der Wechselrichter mit einer
Kommutierungseinrichtung für seine Hauptthyristoren ausgerüstet. Unter Umständen kann, beispielsweise bei
niedriger Zwischenkreisspannung und sprunghaftem Laststromanstieg, die Kommutierfähigkeit nicht zur
Kommutierung der Hauptthyristoren ausreichen. Es droht dann die Gefahr von Kommutierungskurzschlüssen,
die zu einem Ausfall und zur Zerstörung des Umrichters führen können. Um solche Kommutierungskurzschlüsse zu vermeiden, kann man eine Phasenanschnittssteuerung
im Wechselrichter vorsehen, mit der ein Hauptimpuls für einen Hauptthyristor vorzeitig
beendet und eine Kommutierung eingeleitet wird, wenn ein Zustand einzutreten droht, bei dem die Kommutierfähiekeit
nicht mehr ausreicht. Die Phasenanschnittssteuerung des Wechselrichters führt u.U. zu einet
lückenden Umrichterausgangsspannung und damit zu einem lückenden Istwert für den Regler des Gleichrichters,
mit dem ein falscher Regeleingriff bewirk«, wird, der
zu einer Instabilität der Regeleinrichtung führen kann.
Es besteht die Aufgabe, einen Umrichter der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß bei Phasenanschnittssteuerung
der Hauptthyristoren des Wechselrichters ein falscher Regeleingriff vermieden wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Auswerteschaltung vorgesehen ist, deren
Eingängen die an die Hauptthyristoren gelegten Hauptimpulse, deren Dauer jeweils gleich der vorgesehenen
Stromführungsdauer des zugeordneten Hauptthyristors ist, und der Istwert zugeführt sind und die
über digitale Verknüpfungsglieder ein Signal zur Unterbrechung der Verbindungsleitung zwischen Sollwertgeber
und Regbr abgibt, wenn und solange kein Istwert und gleichzeitig an allen Hauptthyristoren
wenigstens einer Brückenhälfte des Wechselrichters kein Hauptimpuls ansteht.
Beim erfindungsgemäßen Umrichter ist sichergestellt, daß ein falscher Regeleingriff nur dann verhindert wird,
wenn sowohl der Istwert lückt, als auch Zündimpulse an den Hauptthyristoren einer Brückenhälfte fehlen. Damit
wird erreicht, daß Lücken im Istwert dem Sollwert phasengetreu aufgezwungen werden und der Regler
auch dann arbeitet, wenn trotz Phasenanschnitt, beispielsweise wegen weiterhin leitender Freilaufdioden,
eine Lücke im Spannungs-Istwert nicht vorhanden ist.
Bei einer einfachen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Umrichters kann ein von der
Auswerteschaltung angesteuerter Schalter in der Verbindungsleitung zwischen Sollwertgeber und Regler
angeordnet sein und es kann in der Auswerteschaltung ein Grenzwertmelder vorgesehen sein, dem wenigstens
eines der digitalen Verknüpfungsglieder nachgeschaltet ist.
Im folgenden wird der erfindungsgemäße Umrichter beispielhaft anhand der F i g. 1 bis 3 näher erläutert. In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Umrichters. Eine Motorgruppe 10 wird aus
einem Drehstromnetz mit den Phasen R, S, Tuber einen fremdgesteuerten, netzgeführten Gleichrichter 11, einen
Gleichspannungszwischenkreis 12 mit einer Glättungsdrossel 13 und einem Zwischenkreiskondensator 14 und
einen selbstgeführten, fremdgesteuerten Wechselrichter 15 gespeist. Bezüglich des Aufbaus eines solchen
Umrichters und seiner Wirkungsweise wird auch auf die oben bereits zitierte Literaturstelle verwiesen. In den
Ausgangsleitungen 16 des Umrichters ist zur Erfassung des Stromistwertes ein Stromindikator 17, der beispielsweise
ein Stromwandler mit nachgeschaltetem Gleichrichter sein kann, und zur Erfassung des Istwertes U-at
der Ausgangsspannung Ua ein Spannungsindikator 18 angeordnet, der beispielsweise ein Übertragungstransformator
mit nachgeschaltetem Gleichrichter sein kann. Bei dem beschriebenen Umrichter wird durch Steuerung
des Gleichrichters 11 die Zwischenkreisspannung Ut im Gleichstromzwischenkreis 12 und damit die
Größe der Spannung gesteuert, die der Motorgruppe 10 zugeführt wird. Die Frequenz der Maschinenspannung
wird durch die Taktfrequenz der Hauptthyristoren des Wechselrichters !5 und die Drehrichtung des Drehstrommotors
durch die Reihenfolge der Stromführung
der Hauptthyristoren des Wechselrichters 15 bestimmt. Für den Wechselrichter ist ein mit einem Steuereingang
2ß versehener Steuersatz 19 vorgesehen, der einen Impulsgeber mit nachgeschaltetem Ringzähler enthält.
Ein solcher Steuersatz ist beispielsweise in dem obengenannten Buch von D. Ernst und D. S t r ö 1 e,
Springer Verlag 1973, Seiten 54 bis 56 beschrieben. Mit diesem Steuersatz werden Hauptimpulse zur Zündung
der Hauptthyristoren über Leitungen 21 und Löschimpulse zur Auslösung der Kommutierung der Hauptthyristören
über Leitungen 22 abgegeben. Weiterhin ist eine Überwachungseinrichtung 23 für die Kommutierfähigkeit
des Wechselrichters 15 vorgesehen, mit der über einen Eingang 24 des Steuersatzes 19 vorzeitig eine
Kommutierung auszulösen ist, wenn ein Zustand eintritt, bei dem die Kommutierfähigkeit des Wechselrichters 15
nicht mehr auszureichen droht. Hierzu kann beispielsweise bei einer Kommutiereinrichtung mit Kommutierungskondensatoren
die Spannung an den Kommutierungskondensatoren im Wechselrichter 15 erfaßt und über die Leitung 25 der Überwachungseinrichtung 23 als
Maß für die Kommutierfähigkeit des Wechselrichters zugeführt werden.
Die Thyristoren des Gleichrichters 11 erhalten über Leitungen 26 Zündimpulse von einem Steuersatz 27, wie
er beispielsweise in dem Buch von G. M ö 11 g e η,
»Netzgeführte Stromrichter mit Thyristoren«, Siemens AG 1967, Seite 275 oder 280 beschrieben ist. Dem
Steuersatz 27 wird über eine Leitung 28 ein Regelsignal zugeführt, das mit einem Spannungsregler 29 gewonnen
wird, der im Ausführungsbeispiel ein PI-Regler ist. Dem Spannungsregler 29 ist ein Strombegrenzungsregler 30
nachgeschaltet, dem der Stromistwert über die Leitung
31 zugeführt ist. Dem Spannungsregler 29 ist eine Addilionsstufe 31 vorgeschaltet, der über eine Leitung
32 der Spannungsistwert U,s, und über eine Leitung 33
ein Sollwert zugeführt ist, den ein Sollwertgeber 34 abgibt. In der Verbindungsleitung 33 ist ein Schalter 35
vorgesehen, der über einen Betätigungseingang 35a von einer Auswerteschaltung 36 betätigt werden kann.
Dabei wird angenommen, daß der Schalter 35 geschlossen ist, wenn am Betätigungseingang 35a ein
Η-Signal liegt, und daß er mit einem L-Signal geöffnet
wird. Der Schalter 35 kann beispielsweise sin FET-Schalter sein. Der Auswerteschaltung 36 sind über einen
Eingang 36a der Spannungsistwert Um und über Eingänge 366 die Leitungen 21 zugeführt, an denen die
Hauptimpulse für die Hauptthyristoren des Wechselrichters 15 anstehen.
Es wurde bereits erwähnt, daß bei solchen Umrichtern
Betriebszustände auftreten können, bei denen die Kommutierfähigkeit der Kommutierungseinrichtung
des Wechselrichters 15 nicht mehr zur Kommutierung der Hauptthyristoren des Wechselrichters 15 ausreicht.
Ein solcher Betriebszustand ist beispielsweise bei kleiner Zwischenkreisspannung und sprungartig ansteigendem
Lastslrom gegeben. Bei einem solchen Betriebszustand droht die Gefahr von Kommutierungskurzschlüssen im Wechselrichter 15 und damit der
Ausfall bzw. die Zerstörung des Umrichters. Um dieser Gefahr zu begegnen, ist eine Phasenanschnittssteuerung
der Hauptthyristoren des Wechselrichters 15 vorgesehen, mit der eine Kommutierung vorzeitig dann
ausgelöst wird, wenn mit der Überwachungseinrichtung 23 ein Betriebszustand gemeldet wird, bei dem die
Kommutierfähigkeit nicht mehr auszureichen droht. Diese vorzeitige Kommutierung durch Phasenanschnittssteuerung
des Wechselrichters 15 kann zu einer lückenden Umrichteirausgangsspannung UA und damit
zu einem lückenden Spannungsistwert Um führen. Trotz
Phasenanschnittssteuerung brauchen Lücken in der Umrichterausgangsspannung und damit im SpannungE-istwert
nicht aufzutreten, wenn beispielsweise zwei oder drei Freilaufdioden leitend sind. Bei einem lückenden
Istwert Uisi wird für die Spannungsregelung durch den
Gleichrichter 11 der Mittelwert des Istwertes Um bei gleichem Sollwert kleiner und demzufolge versucht der
Regler 29 die Zwischenkreisspannung Uz zu erhöhen. Damit erfolgt ein falscher Regeleingriff. Eine erhöhte
Zwischenkreisspannung hätte zur Folge, daß die Lücken in der Umrichterausgangsspannung beispielsweise wegen
eines sehr rasch ansteigenden Laststromes noch vergrößert werden, was eine weitere Erhöhung der
Zwischenkreisspannung /V/nach sich führen würde. Der
falsche Regeleingriff könnte also zu einer Instabilität der Regelung führen.
Um einen solchen falschen Regeleingriff zu vermeiden, ist die Auswerteschaltung 36 vorgesehen, der über
den Eingang 36«; der Istwert Uf51 und über die
2/7 Eingänge 36b dii; Hauptimpulse Tu und T2,_i für die
Hauptthyristoren des Wechselrichters 15 zugeführt sind, wobei T2,die Hauptimpulse der einen und T2,_i die
Hauptimpulse der anderen Brückenhälfte sind, /=1, 2... /7 ist, und 2n gleich der Anzahl der Hauptthyristoren
ist. In der Auswerteschaltung 36 wird mit digitalen Verknüpfungsgliedern gemäß der Beziehung
T1 VT3 ν... vr2H)
V(T2 VT4 V... VT2,)}
ein Signal χ geschaffen, mit dem über den Betätigungseingang 35a der Schalter 35 bei L-Signal geöffnet und
damit die Sollwerteirigabe unterdrückt wird, wenn kein Istwert ansteht, d. h. eine Lücke im Istwert vorhanden
ist und die Hauptthyristoren wenigstens einer Brückenhälfte des Wechselrichters 15 keinen Zündimpuls wegen
der Phasenanschnittssteuerung erhalten.
F i g. 2 zeigt ein Schaltbild der Auswertestufe 36. Als Wechselrichter 15 ist dabei eine Drehstrombrückenschaltung
mit sechs Hauptthyristoren bzw. Brückenzweigen angenommen. Die Hauptimpulse Ti, T3 und Ts
für die Hauptthyristoren einer Brückenhälfte sind über Eingänge 36f>
einem ODER-Gatter 37 und die Hauptimpulse T2, T4 und Τβ für die Hauptthyristoren der
zweiten Brückenhälfte sind über weitere Eingänge 36b einem ODER-Gatter 38 zugeleitet. Den ODER-Gattern
37 und 38 ist ein NAND-Gatter 39 nachgeschaltet, dessen Ausgang mit dem einen Eingang eines weiteren
NAND-Gatters 40 verbunden ist. Der zweite Eingang des NAND-Gatters 40 ist über eine Invertierstufe 42
und einen Grenzwertmelder 41 mit dem Eingang 36a der Auswerteschaltung 36 verbunden, an dem der
negative Istwert UjSr liegt. Im Ausführungsbeispiel ist
der Grenzwertmelder 41 mit einem Operationsverstärker 41a aufgebaut, dessen invertierender Eingang über
einen Widerstand 416 mit dem Eingang 36a verbunden ist und dessen nichtinvertierender Eingang an Nullpotential
liegt. Am Ausgang des NAND-Gatters 40 und damit am Ausgang 36c der Auswerteschaltung 36 steht
ein Signal gemäß der Beziehung
χ = Uis, M(T1VT3W T5) V (T2 V T4 V T6))
an, das dem Betätigungseingang 35a des Schalters 35 zugeführt ist. Damit wird der Schalter 35 mit einem
^-Signal nur dann geöffnet und damit die Sollwerteingabe
unterbrochen, wenn der Istwert L/„, lückt und
gleichzeitig den Hauptthyristoren wenigstens einer Brückenhälfte des Wechselrichters kein Zündimpuls
zugeführt ist. Damit wird der Sollwert im gleichen Maße verfälscht, wie der Istwert. Die im Istwert auftretenden
Lücken werden dem Sollwert phasengetreu aufgezwungen. Bei gleicher Eingangsglättung ergeben sich dann
stabile Verhältnisse für den Regler 29 und damit für die Zwischenkreisspannung Uz-
Anhand der Fig.3a und 3b werden die oben geschilderten Zusammenhänge nochmals erläutert.
Dabei ist der Übersichtlichkeit wegen in Fig.3a eine
zweiphasige Brückenschaltung mit vier Brückenzweigen und je einem Hauptthyristor 1 bis 4 pro
Brückenzweig als Wechselrichter 15 gezeigt, bei der außerdem noch die Zwangskommutierungseinrichtung
für die Hauptthyristoren 1, 2, 3 und 4 weggelassen wurden. Am Eingang des Wechselrichters 15 liegt die
veränderliche Zwischenkreisspannung Uz. Den Thyristören 1 und 3 der linken Brückenhälfte werden die
Hauptimpulse T\ und T3 und den Hauptthyristoren 2 und
4 der rechten Brückenhälfte werden die Hauptthyristoren T7 und T4 phasenrichtig zugeführt. Über die
Ausgangsklemmen 15a, an denen die Umrichterausgangsspannung UA ansteht, wird eine ohmisch-induktive
Last 10 gespeist und es wird über einen Spannungsindtkator 18, der einen Übertragungstransformator 18a und
einen Gleichrichter 18b aufweist, der Istwert L/«, der
Ausgangsspannung UA abgegriffen. In Fig.3b sind die
Hauptimpulse Tj bis T4, die Ausgangsspannung UA und
als Istwert L/;s(die gleichgerichtete Umrichterausgangsspannung
UA aufgetragen. Der Fig. 3b ist zu entnehmen,
daß bei vorzeitiger Kommutierung einer der HaupUhyrisloren 1 bis 4 eine Lücke in der Umrichterausgangsspannung
und damit eine Lücke im Istwert / auftreten kann. In der F i g. 3b ist dies durch die
schraffiert gezeichneten Bereiche A gekennzeichnet. Mit der Auswerteschaltung 36 wird diese Lücke A im
Istwert (Jin dem Sollwert gemäß der Beziehung
phasengetreu aufgezwungen und der Schalter 35 bei L-Signal geöffnet. Ein ähnliches Impulsraster läßt sich
für eine dreiphasige Brückenschaltung als Wechselrichter 15 aufzeichnen, wobei die Hauptimpuise annähernd
180° el lang sind. Aus diesem Impulsraster folgt, daß Lücken im Istwert immer dann auftreten, wenn auch
eine Lücke zwischen zwei um 120° el versetzten Hauptimpulsen vorhanden ist. In der gleichgerichteten
Istwertspannung L/,s, können also immer dann Lücken
entstehen, wenn ein Block einer verketteten Umrichterausgangsspannung infolge Phasenanschnitls kurzer als
60° el wird. Mit der oben in F i g. 2 gezeigten Auswerteschaltung läßt sich gemäß der dort angegebenen
logischen Beziehung auch eine solche Lücke im Istwert dem Sollwert phasengetreu aufzwingen und
damit stabile Verhältnisse für den Spannungsregler 29 erzielen.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit- dem erfindungsgemäßen Umrichter ohne besondere Maßnahmen
falsche Regeleingriffe und ein instabiles Verhalten des Reglers bei Phasenanschnittssteuerung
der Hauptthyristoren des Wechselrichters mit Sicherheit und ohne besonderen elektronischen Aufwand
vermieden sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Umrichter mit einem netzgeführten gesteuerten Gleichrichter, einem selbstgeführten Wechselrichter
mit Hauptthyristoren in Brückenschaltung, einem den Gleich- und den Wechselrichter verbindenden
Gleichspannungszwischenkreis und einem Regler für den Gleichrichter, dem als Istwert die Ausgangsspannung
des Umrichters zugeführt ist und der zur Sollwerteingabe mit einem Sollwertgeber verbunden
ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteschaltung (36) vorgesehen ist, deren
Eingängen (366 und 36a^die an die Hauptthyristoren gelegten Hauptimpulse, deren Dauer jeweils gleich
der vorgesehenen Stromführungsdauer des zugeordneten Hauptthyristors ist, unJ der Istwert (U,s)
zugeführt sind und die über digitale Verknüpfungsglieder (37 bis 40,42) ein Signal zur Unterbrechung
der Verbindungsleitung (33) zwischen Sollwertgeber (34) und Regler (29) abgibt, wenn und solange kein
Istwert und gleichzeitig an allen Hauptthyristoren (1, 3 bzw. 2, 4) wenigstens einer Brückenhälfte des
Wechselrichters (15) kein Hauptimpuls ansteht.
2. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Auswerteschaltung (36)
angesteuerter Schalter (35) in der Verbindungsleitung (33) zwischen Sollwertgeber (34) und Regler
(29) angeordnet ist.
3. Umrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteschaltung (36)
ein Grenzwertmelder (41) vorgesehen ist, dem wenigstens eines der digitalen Verknüpfungsglieder
(40) nachgeschaltet ist.
35
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752513809 DE2513809C3 (de) | 1975-03-27 | Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis | |
JP51033452A JPS51118033A (en) | 1975-03-27 | 1976-03-26 | Frequency converter with dc intermediate circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752513809 DE2513809C3 (de) | 1975-03-27 | Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2513809A1 DE2513809A1 (de) | 1976-09-30 |
DE2513809B2 DE2513809B2 (de) | 1977-01-13 |
DE2513809C3 true DE2513809C3 (de) | 1977-09-22 |
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