DE2541700B2 - Verfahren zum Betrieb eines Schwingkreisumrichters - Google Patents
Verfahren zum Betrieb eines SchwingkreisumrichtersInfo
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Description
Anfahren des Umrichters bedeutet.
Aus der FR-PS 14 35 367 ist ein selbstgeführter Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis und einem
Wechselrichter mit Thyristoren in Drehstrombrückenschaltung bekannt Dieser Umrichter besitzt eine
Kommutierungseinrichtung, bestehend aus Löschthyristoren in Drehstrombrückenschaltung, die der Wechselrichterbrücke
antiparallel geschaltet ist und vier Hilfsthyristoren in Brückenschaltung, deren Gleichstromanschlüsse
mit den Eingangsklemmen des Wechselrichters verbunden und deren Wechselstromanschlüsse
mit einem Kommutierungskondensator überbrückt sind. Bei diesem Umrichter wird der Kommutierungskondensator
zu Betriebsbeginn durch Zünden von Hilfsthyristoren diagonaler Brückenzweige aufgeladen.
Zur anschließenden Kommutierung von Thyristoren des Wechselrichters wird ein geeigneter Löschthyristor und
die entsprechenden Hilfsthyristoren diagonaler Brükkenzweige gezündet Anfahrprobleme, wie sie bei einem
Schwingkreisumrichter auftreten, sind bei diesem selbstgeführten Umrichter nicht gegeben.
Es besieht die Aufgabe, das Betriebsverfahren für
einen Schwingkreisumrichter der eingangs genannten Art in der Anfahrphase zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in einem ersten Verfahrensschritt die Thyristoren diagonaler
Brückenzweige gezündet und bleiben für eine Zeitspanne stromführend, deren Länge durch eine
vorgegebene Spannung am Kondensator der Hilfskom mutierungseinrichtung gegeben ist. Mit diesem Verfahrensschritt
wird eine einfache, sehr schnelle Aufladung des Kondensators der Hilfskommutierungseinrichtung
erreicht. Beim zweiten Verfahrensschritt werden Thyristoren in zwei diagonalen Brückenzweigen des
Wechselrichters für eine Zeitspanne gezündet, deren Länge von einem vorgegebenen Strom im Wechselrichter
bestimmt ist, der anschließend während der gesamten Anfahrperiode konstant gehalten wird.
Während dieses zweiten Verfahrensschritts wird einerseits
bereits der Kondensator des Parallel-Schwingkreises aufgeladen, was das Anfahren beschleunigt, andererseits
arbeitet der Umrichter wegen der Einstellung des konstanten Vorstromes stromabhängig und kann mit
unterschiedlicher Last anfahren. In einem dritten Verfahrensschritt werden schließlich Thyristoren einander
zugeordneter Brückenzweige der Hilfskommutierungseinrichtung
und Thyristoren der Brückenzweige des Wechselrichters gezündet, wobei die Zündung der
Thyristoren der Brückenzweige des Wechselrichters um eine konstante Zeitspanne verzögert gegenüber den
Thyristoren der zugeordneten Brückenzweige der Hilfskommutierungseinrichtung erfolgt. Mit dieser konstanten
Zeitspanne, in der eine negative Vorspannung an den Thyristoren des Wechselrichters liegt, wird die
Schonzeit der Thyristoren des Wechselrichters berücksichtigt, womit Kommutierungskurzschlüsse im Wechselrichter
und damit Betriebsstörungen und Betriebsausfälle ausgeschlossen sind. Zu erwähnen ist schließlich
noch, daß während des Anfahrens keine zusätzliche Istwerterfassung nötig ist, sondern daß die zur
.Steuerung benötigten Meßgrößen mit den zur Steuerung
im Normalbctrieb nötigen Meßfühlern erhalten werden.
Im folgenden wird das crfiiulungsgcmaUc Verfahren
beispielhilft anhand der F'ig. I his 3 niiher erläutert. It,
den Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
F i g. 1 zeigt ein Schaltbeispiel eines Parallelschwingkreisumrichiers.
Ein Wechselrichter 1 ist aus Thyristoren 2, 3, 4 und 5 in Einphasenbrückenschaltung
aufgebaut. Über die Ausgangsklemmen bzw. Wechselstromanschlüsse 6 des Wechselrichters 1 wird ein
Parallel-Schwingkreis 7 als Last gespeist, der aus der Parallelschaltung einer Drossel Ta und eines Kondensators
Tb besteht Die Eingangsklemmen 8 des Wechselrichters 1 sind über einen Gleichstromzwischenkreis 9
mit einer Glättungsdrossel 10 und einem Gleichrichter 11 mit einem Drehstromnetz verbunden, das an den
Klemmen 12 liegt. Der Gleichrichter 11 ist aus den Thyristoren 11a bis 11/in Drehstrombrückenschaltung
aufgebaut Die Eingangsklemmen 8 des Wechselrichters 1 sind von einer Hilfskommutierungseinrichtung 13
überbrückt, die nur aus. Thyristoren 14 bis 17 in Brückenschaltung aufgebaut ist Dabei liegen die
Gleichstromkleminen 18 der Brückenschaltung an den
Eingangs- bzw. Gleichstromklemmen 8 des Wechselrichters 1 und die Wechselstrr ..lanschlüsse 19 der
Bnickenschältung Sind direkt mit eh.em Kondensator 20
verbunden. Für die Thyristoren 2 bis 5, lla bis 1 l/und !4
bis 17 des Wechselrichters 1, des steuerbaren Gleichrichters 11 und der Hilfskommutierungseinrichtung 13
sind Steuereinrichtungen vorzusehen, die in der Figur nicht dargestellt sind. Solche Steuersätze für einen
Gleichrichter sind beispielsweise in dem Buch von G. Möltgen »Netzgeführte Stromrichter mit Thyristoren«,
Berlin und München, 1970, Seite 275 oder 280 und für einen Wechselrichter beispielsweise aus dem Buch von
D. Ernst und D. Ströle »Industrieelektronik«, Berlin. Heidelberg, New York, 1973, S. 54 und 55 beschrieben,
wobei der letztgenannte Steuersatz auch zur Zündung der Thyristoren der Hilfskommutierungseinrichtung
benutzt werden kann. Als Istwertgeber für die Steuerung sind außerdem noch Stromwandler in der
Speiseleitung des Gleichrichters 11 und eine Spannungserfassung am Parallel-Schwingkrei'- 7 vorzusehen.
Diese Istwertgeber, die auch für den Normalbetrieb des Umrichters erforderlich sind, sind in die Figur nicht
! ingezeichnet. Sie sind beispielsweise aus der obengenannten DE-OS 20 5b 847 bekannt.
Im normalen Betriebszustand werder, wechselweise die Thyristoren 2 und 5 oder 3 und 4 der diagonalen
Brückenzweige des Wechselrichters 1 mit der Frequenz der .Schwingkreisspannung des Parallel-Schwingkreises
7 gezündet. Die Zündung erfolgt unter Berücksichtigung der Schonzeit der Thyristoren kurz vor jedem
Nulldurchgang der Schwingkreisspannung. Dabei wird von einem Stromrichterzweig auf den nachfolgend
stromführenden Stromrichterzweig direkt kommutiert. wobei die Kommutierungsblindleistung vom Kondensator
7O des Parallel-Schwingkreises 7 zur Verfügung
gestellt wird. In der Anfahrphase reicht die Ladung des Kondensators Thzur direkten Kommutierung nicht aus.
Es muß daher in diesem Betriebszustand indirekt kommutiert werden, wobei gleichzeitig dafür gesorgt
werden muß, daß der Schwingkreis-Kondensator Tb möglichst schnell eine Ladung erhält, die zur direkten
Kommutierung ausreicht, um im Normalbetrieb arbeiten zu können. Der Betrieb des Umrichters gemäß
F i g. I in der Anfahrphase wird anhand der F i g. 2 näher erläutert, in der der Strom /,/in der Glättungsdrossel. die
Zwischenkreisspannung U, an den Eingangs- bzw. Gleichstromklemnien 8 und die Schwingkreisspannung
IK am Kondensator Tb des Parallel-Schwingkreiscs 7
über der Zeit t aufgetragen sind. Bei Uetricbsbeginn
werden die Thyristoren 14 und 17 oder 15 und 16 in zwei
diagonalen Brückenzweigen der Hilfskommutierungs einrichtung IJ gezündet. Für das folgende sei angenommen,
daß die Thyristoren 15 und 16 gezündet wurden. Die Thyristoren bleiben für eine Zeitspanne At-.
stromführend, bis eine Spannung Un, der in der Figur
angegebenen Polarität am Kondensator 20 erreicht ist. Am Ende der Zeitspanne Δ(\, d.h. bei Erreichen der
Spannung U1-,* werden Thyristoren 2 und 5 oder 3 und 4
in zwei diagonalen Brückenzweigen des Wechselrichters 1 gezündet. Für das folgende sei angenommen, daß
die Thyristoren 2 und 5 gezündet werden. Diese Thyristoren 2 und 5 bleiben für eine Zeitspanne /1/.
stromführend, in der sich ein Vorstrom /,/,, vorgegebener Größe einstellt. Dieser Vorstrom /,/,,wird beispielsweise
mit den nicht dargestellten Stromwandlern in der Speiseleitung des Gleichrichters 11 erfaßt und während
der gesamten Anfahrphase durch die Steuerung der Thyristoren Ha bis H/"des Gleichrichters H konstant
gehalten. Mat der Strom die vorgegebene Größe /.·,.
erreicht, so werden die Thyristoren 14 und 17 in
nachfolgend stromführenden Brückenzweigen der Hilfskommutieningseinrichtiing 13 gc/.ündet. Die Span
niing des Kondensators 20 liegt nun als negative Sperrspannung an den Thyristoren des Wechselrichters
1 und die stromführenden Thyristoren 2 und 5 werden gesperrt. In einer konstanten Zeitspanne At1 wird tier
Kondensator 20 von -i/,,nach -f //,,,umgeladen. Diese
Zeitspanne ist durch die Kapazität (N1, des Kondensators
20 und durch die Spannung /./,. und den Strom / gemäß der Beziehung
Ii,,
:r,
gegeben.
Nach der Umladung, d. h. nach Ablauf der konstanten Zeitspanne Al, werden die Thyristoren 3 und 4 der
nachfolgend stromführenden Hrückenzweige des Wechselrichters
1 gezündet, übernehmen den Strom und die stromführenden Thyristoren 15 um' 16 erlöschen. Nun
fließt Strom über die Last 7, der Jen Kondensator 7b lädt und eine Schwingung im Parallelschwingkreis
anregt. Nach Ablauf einer von der Schwingungsfrequenz abhängigen Zeitspanne Als werden kurz vor oder
im ersten Nulldurchgang der Schwingkreisspannung f(.
die Thyristoren 15 und 16 der nachfolgenden Brückenzweige der Hilfskommutierungseinrichtung 13 und nach
Ablauf der konstanten Zündverzögerung die Thyristoren 2 und 4 des Wechselrichters 1 gezündet, wobei der
genaue Zeitpunkt von der Schonzeiterfassung für die Thyristoren des Wechselrichters 1 abhängt. Die so
ausgelöste indirekte Kommutierung erfolgt in der oben beschriebenen Weise. Nach Ablauf der Zeitspanne Ati.
d. h. vor dem nächsten Nulldurchgang der Schwingkreisspannung IL wiederholt sich dieses Schaltspiel unc
wird fortgeführt, wobei die Schwingkreisspannung I)
immer größer wird, wie F i g. 2 zeigt, bis sie einen Wer vorgegebener Größe lh,, erreicht hat, der zur direkter
ι Kommutierung ausreicht. Dann bleiben die Thyristorer
14 bis 17 der Hilfskommutierungseinrichtung 1: ungezündet, der Ntirmalbetrieb beginnt und auch dei
Strom /,/ wird nicht mehr konstant gehalten, sonderr
wächst an. Es ist hier anzuführen, daß in F i g. 2 nui
in einige Schaltspicle dargestellt sind. In Wirklichkeit wire
die indirekte Kommutierung in der Anlaufphas( wesentlich öfter wiederholt. Anzumerken ist noch, dal
das erfindiingsgemiiße Verfahren, bei dem Kommune
riingikondensatorcn während einer konstanten Zeit
. spanne umgeladen werden, die von einem konstanter Vorstrom und der Anfangsladung der Kommutierungs
kondensatoren abhängt, auch bei Umrichtern mi abgewandelter Hilfskomniulicrungseinrichtung cinge
setzt werden kann.
flg. S zeigt eine Abwandlung des Ausluhrungsbci
spiels nach Fig. 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel is
zur Hilfskommutieruigseinrichtung 13 ein Thyristor 2
in Serie geschaltet. Dieser Thyristor 21 wird bei jede Zündung von Thyristoren 14 bis 17 mitgezündet. Sein«
Aufgabe ist es. nach der Anfahrphase im Normalbetnel
die volle .Schwingkreisspannung zu übernehmen. Oi<
Thyristoren 14 bis 17 können dementsprechend für eim
wesentlich geringere Spannungsbclastung ausgeleg werüen. was die Anlagt weiter verbilligt. Außerdem is
:■■ im Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 der llilfskommiitie
rungseinrichtung 13 ein Schalter 22 parallel geschaltet
Dieser Schalter 22 wirkt als Überspannungsschutz unc wird geschlossen, wenn die Schwingkreisspanriunj
einen bestimmten Wert überschreitet, wobei dei Thyristor 21 zum Kurzschließen der Thyristoren 2 bis '.
des Wechselrichters 1. benutzt wird.
Zusammenfassen^ ist festzustellen, daß mit den
erfindungsgemäßen Umrichter das Anfahren wesentlich vereinfacht und verbessert ist. wobei nochmals zi
: betonen ist. daß das Anfahren sehr sanft erfolgt. Dabc
ist fur die indirekte Kommutierung während dei
Anfahrphase eine zusatzliche Stromversorgung riich
erforderlich und es werden zur Zündung und Steuerung nur die Größen benötigt, die auch für den Normailbe
■■'< trieb erfaßt werden müssen, so daß keine zusätzlicher
Meßfühler für das Anfahren erforderlich sind, was der Aufbau und die Steuerung wesentlich vereinfacht
Außerdem kann die Hilfskommutierungseinrichtung füi einen Bruchteil der Schwingkreisleistung ausgelegt
vi werden, d. h. die Thyristoren der Hilfskommutierungs
einrichtung brauchen nur eine geringe Belastbarkeit zi besitzen und der Kommutierungskondensator kanr
klein, beispielsweise in der Größe von 5 μ F1 gewähl'
werden.
Hier/u 1 Blatt Zeichnuneen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zum Betrieb eines Schwingkreisumrichters mit Gleichstromzwischenkreis und Glättungsdrossel, bestehend aus einem steuerbaren Gleichrichter und einem Wechselrichter mit Thyristoren in Brückenschaltung, dessen Eingangsklemmen von einer Hilfskommutierungseinrichtung überbrückt sind, die Thyristoren in Brückenschaltung enthält, zwischen deren Wechselstromausgänge ein Kondensator liegt, wobei während der Anfahrphase Thyristoren einander zugeordneter diagonaler Brükkenzweige des Wechselrichters und der Hilfskonv mutierungseinrichtung vor jedem Nulldurchgang der Schwingkreisspannung gezündet werden, und bei dem nach der Anfahrphase nur Thyristoren diagonaler Brückenzweige des Wechselrichters gezündet werden und die Thyristoren der Hilfskommutierungseinrichtung ungezündet bleiben, d a durch gekennzeichnet, daß zu Beginn der Anfahrphase Thyristoren (14, i7; 15, 16) in diagonalen Brückenzweigen der Hilfskommutierungseinrichtung (13) gezündet werden und stromführend bleiben, bis der Kondensator (20) der Hilfskommutierungseinrichtung (13) einen ausreichenden Spannungswert (L'.,,) erreicht hat, daß bei Erreichen dieses Spannungswertes Thyristoren (2,5; 3, 4) in zwei diagonalen Brückenzweigen des Wechselrichters (1) gezündet werden und stromführend bleiben, bis in der Glättungsdrossel (10) ein ausreichender Vorstrom (Ij,) fließt, der während der weiteren Anfahrphase dürr11 Steuerung des Gleichrichters (Ii) konstant gehalten wird, daß nach Erreichen dieses Vorstromes^e Thyristoren (14,17; 15, 16) nachfolgend stromführender Brückenzweige der Hilfskommutierungseinrichtung(13)und um eine konstante Zeitspanne (Δ u) verzögert Thyristoren (2, 5; 3,4) nachfolgend stromführender Brückenzweige des Wechselrichters gezündet werden, wobei die für das Umladen des Kondensators (20) der Hilfskommutierungseinrichtung (13) vom positiven Spannungswert (+ U111) auf den negativen Spannungsv.ert (- U1,,) ausreichend bemessene Zeitspanne (Ah) von dem Spannungswert (Un) und dem konstanten Vorstrom (l,i„) abhängig ist und daß anschließend vor jedem Nulldurchgang der Schwingkreisspannung (U,) Thyristoren (14, 17; 15, 16) von Brückenzweigen der Hilfskommutierungseinrichtung (13) und um die Zeitspanne (Δ ta) verzögert die zugeordneten Thyristoren (2, 5; 3, 4) des Wechselrichters gezündet werden und daß dieses Schaltspiel fortgeführt wird, bis bei Beendigung der Anfahrphase der Schwingkreis (7) die Schwingkreisspannung (Us,) erreicht hat, die zur direkten Kommutierung ausreicht.Die Erfindung belrifft ein Verfuhren zum Betrieb eines Schwingkreisumrichters nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.Ein solches Verfahren und ein Umrichter mit der beschriebenen Hilfskommuticningseinrichtung sind aus der DE-OS 20 56 847 bekannt, wobei zu den Gleichstromklemmen der Brückenschiiltung der Hilfskommutierungseinrichtung ein mit einer Glcichspanmingsqiicl-Ie nachladbarer Kondensator in Reihe geschaltet ist und die Wechselstromklemmen der Brückenschaltung der Hilfskommutierungseinrichtung "iber die Reihenschaltung des Kondensators und einer Drossel verbunden sind. Außerdem ist als Vorstromeinrichtung die Reihenschaltung eines Thyristors und eines Kondensators vorgesehen, dem ein Widerstand parallelgeschaltet ist und mit der die Eingangsklemmen des Wechselrichters ebenfalls überbrückt sind. Umrichter mit einem Parallel-Schwingkreis als Last sind im eingeschwungenen Zustand lastgeführt und die Arbeitsfrequenz des Wechselrichters wird von der Resonanzfrequenz des Schwingkreises bestimmt Der Strom geht dabei in direkter Kommutierung von einem Brückenzweig des Wechselrichters auf den nachfolgend stromführenden über, wobei die Kommutierungsblindleistung vom Kondensator des Parallel-Schwingkreises zur Verfügung gestellt wird. In der Anfahrphase reicht die Ladung des Kondensators des Parallel-Schwingkreises zur direkten Kommutierung nicht aus und es muß daher während dieses Zeitraumes indirekt kommutiert werden. Zum Anfahren wird bei dein bekannten Umrichter der Thyristor der Vorstromeinrichtung gezündet, bis ein Strom vorgegebener Größe in der Glättungsdrossel fließt. Während dieses Zeitraums fließt kein Strom über die Last. Ist der Strom vorgegebener Größe erreicht, so werden Thyristoren diagonaler Brückenzweige des Wechselrichters gezündet und es fließt nun Strom über die Last, der eine Schwingung anregt und der Thyristor der Vorstromeinrichtung erlischt. Kurz vor jedem Nulldurchgang der Schwingkreisspannung werden anschließend die vorher nichtleitenden Thyristoren des Wechselrichters und Thyristoren in zugehörigen diagonalen Brückenzweigen der Hilfskommutierungseinrichtung gezündet. Die Spannung des nachladbaren Kondensators der Hilfskommutierungseinrichtung liegt nun als negative Sperrspannung an den Thyristoren des Wechselrichters und löscht die bisher stromführenden Thyristoren. Nun wächst die Spannung am Kondensator der Brückenschaltung der HilfsKornmutierungseinrichtung an. bis die gezündeten Thyristoren des Wechselrichters den Strom übernehmen können, worauf die stromführenden Thyristoren der Hilfskommutierungseinrichtung erlöschen. Für diesen Spannungsanstieg am Kondensator der Brückenschahung ist die Drossel erforderlich, die mit diesem Kondensator in Reihe geschaltet ist. Dieses Schaltspiel wiederholt sich kurz vor jedem nachfolgenden Nulldurchgang der Schwingkreisspannung. Dabei lädt sich der Kondensator der Brückenschaltung der Hilfskommutierungseinrichtung immer mehr auf und seine Spannung wirkt der Spannung des nachladbaren Kondensators entgegen, so daß die Hilfskommutierungseinrichtung nach einer gewissen Zeitspanne wirkungslos wird, womit die Anfahrphase beendet ist, da nun die Schwingkreisspannung des Umrichters zur direkten Kommutierung ausreicht und der Umrichter im Normalbetrieb arbeitet. Der bekannte Umrichter ist während der Anfahrphase nicht last-, sondern mit der Frsquenz der Schwingkreisspannung selbstgeführt. Dieser Vorteil wird jedoch mit einem großen Aufwand erreicht. Insbesondere ist eine zusätzliche Stromversorgung zum Laden des Kondensators in der Hilfskommutierungseinrichtung erforderlich. Außerdem fließt bis zum Erreichen des vorgegebenen Stromes, wie bereits erwähnt, kein Strom über den Parallel-Schwingkreis. Der Kondensator des Parallel-Schwingkreises erhält daher während dieser Phase des Anfahrbeiriebs keine Ladung, was ein relativ träges
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