DE2726534B1 - Umrichterschaltung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Umrichterschaltung mit einem eingangsseitig von einem Wechselspannungsnetz gespeisten, mit Energiespeicher ausgerüsteten Zwischenkreisumrichter, an dessen Ausgang mehrere Gruppen von im Normalbetrieb synchronlaufenden t>5 Hysteresemaschinen jeweils über einen Schalter angeschlossen sind, und mit einem Frequenzsteuerglied, dessen Eingangssignal die Ausgangsfrequenz des

Zwischenkreisumrichters festlegt

Eine solche Umrichterschaltung ist z. B. aus den Techn. Mitt. AEG-Telefunken 67 (1977), Heft 1, Seiten 30 bis 34, insbesondere aus Bild 1 und 3 samt zugehöriger Beschreibung, bekannt Die bekannte Umrichterschaltung umfaßt einen von einem Wechselspannungsnetz gespeisten Umrichter, bei dem der netzseitige Stromrichter (Gleichrichter) über einen Zwischenkreis entweder mit Spannungseinprägung oder mit Stromeinprägung mit dem lastseitigen Stromrichter (Wechselrichter) verbunden ist Im Zwischenkreis werden Drosselspulen und/oder Kondensatoren verwendet, die Energiespeicher darstellen. Als Last sind mehrere Gruppen von Hysteresemotoren vorgesehen, die zum Antrieb hochtouriger Zentrifugen dienen. Jede Gruppe von Hysteresemotoren ist über einen eigenen Schalter mit dem Ausgang des Umrichters verbunden. Die Hysteresemotoren laufen im normalen Lastbetrieb synchron mit einer Drehzahl, die der im Mittelfrequenzbereich liegenden Ausgangsfrequenz des Umrichters entspricht Bei der Steuerung der Ausgangsfrequenz ist — langzeitig gesehen — eine enge Toleranzgrenze für die Frequenz streng einzuhalten. Daher wird als Frequenzsteuergiied ein solches in digitaler Bauform verwendet Am Ausgang des Umrichters liegt eine aus Kondensatoren bestehende Blindleistungskompensationseinrichtung. Zum Schutz der Hysteresemotoren und des lastseitigen Stromrichters (Wechselrichters) vor Überspannungen — z. B. als Folge von Netzausfällen — ist eine mechanische Kurzschlußeinrichtung installiert Diese schließt im Störungsfall die Ausgangsklemmen des Wechselrichters mit einem Schütz kurz. Eine weitere Schutzeinrichtung gegen Überspannungen ist elektronisch ausgebildet. Sie besteht aus einer Diodenbrücke, die drehstromseitig mit dem Wechselrichterausgang verbunden ist und auf deren Gleichstromseite ein Thyristor bei Überspannung über eine Zenerdiode gezündet wird.

Ein besonderes Problem bei einer Umrichterschaltung der vorausgesetzten Art stellt das Zu- und/oder Abschalten einer oder mehrerer Gruppen von Hysteresemaschinen mit Hilfe der genannten Schalter dar. Zwischenkreisumrichter im Sinne dieser Aussage ist ein beliebiger Zwischenkreisumrichter, der einen Energiespeicher (Kondensator, Drosselspule) besitzt, also ein Zwischenkreisumrichter mit eingeprägter Spannung oder eingeprägtem Strom, beispielsweise ein Parallelschwingkreis-Umrichter. Wie die Erfahrung lehrt, tritt beim Schalten (Zuschalten oder Wegschalten) sehr schnell transient entweder eine Erhöhung oder eine Verringerung der Umrichterausgangsspannung auf, die letztlich auf die Existenz des Energiespeichers zurückzuführen ist. Von Interesse sind im folgenden nur die durch Schaltmaßnahmen bedingten Erhöhungen der Umrichterausgangsspannung. Die Umrichterausgangsspannung kann dabei gefährlich hohe Werte (Überspannungen) annehmen.

Eine solche Überspannung kann sich beispielsweise beim Abschalten von einer oder mehreren Maschinengruppen von einem Strom-Zwischenkreisumrichter ergeben. Es ist jedoch aus theoretischen Erwägungen auch denkbar, daß bei anderen Umrichtertypen Überspannungen nicht beim Abschalten, sondern beim Zuschalten einer oder mehrerer Gruppen entstehen. Im folgenden soll von einem Auftreten von Überspannungen speziell bei der Abschaltung ausgegangen werden. Es ist jedoch zu betonen, daß die Erfindung auf die Betrachtung von Überspannungen dieser Entstehungs-

art nicht beschränkt ist

Der Grund für das rasche Ansteigen der Umrichterausgangsspannung nach einer Teillastabschaltung bei einem Strom-Zwischenkreisumrichter ist darin zu sehen, daß unmittelbar nach dem Schaltvorgang die s Energie im Energiespeicher, der hier im wesentlichen durch den Zwischenkreis repräsentiert wird, im Hinblick auf die verringerte Anzahl von Hysteresemaschinen zu hoch ist (Energieüberschuß). Ein Gleichgewicht zwischen der im Umrichter verfügbaren und der von den Hysteresemaschinen aufgenommenen Energie wird aus physikalischen Gründen durch selbsttätige Erhöhung der Wechselspannung an den Hysteresemaschinen bewirkt. Dabei wird der Überschuß an Zwischenkreisenergie an die Hystersemaschinen weitergeleitet. Würde die Umrichterausgangsspannung — was ohne zusätzliche Maßnahmen nicht möglich ist — ihren Nennwert beibehalten, würden die Hysteresemotoren zu wenige Energie abnehmen; es könnte sich kein Energiegleichgewicht einstellen.

Es ist also festzuhalten: Der durch den Schaltvorgang hervorgerufene Energieüberschuß im Zwischenkreis führt ohne Zusatzmaßnahmen sehr rasch zu einer transient erhöhten Wechselspannung an den verbliebenen Hystersemaschinen. Das gilt auch für den Fall, daß durch Regelmaßnahmen die Umrichterausgangsspannung im Normalbetrieb konstant gehalten wird. Die besagte Wechselspannung kann einen unzulässig hohen Wert annehmen. Es muß darauf geachtet werden, daß die Spannungsüberhöhung nicht ein zu großes Ausmaß w annimmnt, da eine zu große Maschinenspannung für die Hysteresemaschinen schädlich sein kann. Die Umrichterausgangsspannung klingt in einem Einschwingvorgang einige Zeit nach dem Schaltvorgang wieder auf ihren Nennwert ab.

Es geht also das Bestreben dahin, die Überschwingweite in der Spannung an den Hysteresemaschinen bei dem dem Schaltvorgang folgenden Einschwingvorgang zu verkleinern. Mit den erwähnten bekannten Schutzschaltungen (Schütz-Kurzschlußeinrichtung, Diodenbrücke mit Thyristor) läßt sich dieses Problem nicht befriedigend lösen, da diese beim Ansprechen zu einer Abschaltung des Umrichters führen. Man könnte daran denken, in Abhängigkeit der zugelassenen Überschwingweite und der jeweiligen Dimensionierung des Umrichters die Zahl der gleichzeitig wegzuschaltenden Hysteresemaschinen festzulegen. Eine solche Maßnahme würde jedoch eine erhebliche Beschränkung bedeuten. Man könnte weiterhin daran denken, vor dem Abschalten einer oder mehrerer Gruppen einen schlechteren Arbeitspunkt für die Hysteresemaschinen zu wählen. Eine solche Maßnahme wäre jedoch ebenfalls mit erheblichem Aufwand verbunden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für eine Umrichterschaltung der eingangs genannten Art eine im >■> Bedarfsfalle schnell wirksame Schutzschaltung zu schaffen, die eine zu hohe Maschinenspannung, welche aufgrund des Schaltens von einer oder mehreren Gruppen von Hysteresemaschinen auftritt, verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, w> daß bei Ansteigen der Maschinenspannung über ein vorgegebenes Ansprechniveau hinaus dem Frequenzsteuerglied kurzzeitig ein Zusatzsignal in dem Sinne aufgeschaltet ist, daß die Ausgangsfrequenz des Zwischenkreis-Umrichters sprungartig derart erhöht tv> wird, daß die angeschlossenen Hystersemaschinen aus dem Synchronismus vorübergehend in den Asynchronismus gebracht werden.

Grundgedanke der Erfindung ist es also, bei drohender Überspannung mit Hilfe einer gezielten Frequenzerhöhung die nach dem Schaltvorgang an den Umrichter angeschlossenen Hysteresemaschinen aus dem Synchronismus kurzzeitig in den Asynchronismus zu bringen. Somit wird kurzzeitig auf die sonst stets eingehaltene Frequenzkonstanz verzichtet. Bei dieser Maßnahme wird ein besonderer Effekt einer Hysteresemaschine ausgenutzt: Der Übergang von Synchronismus in den Asynchronismus bedeutet bei konstanter Umrichterausgangsspannung einen beträchtlich erhöhten Wirkleistungsbedarf; dieser kann bei einer Frequenzänderung von nur l%o beispielsweise 100% betragen. Infolge des erhöhten Wirkleistungsbedarfs durch die angeschlossenen Hysteresemaschinen kann der erwähnte Überschuß an Zwischenkreisenergie aufgebraucht werden. Eine nennenswerte Erhöhung der Umrichterausgangsspannung tritt dabei nicht auf. Anschließend werden die Hysteresemaschinen durch das Zusatzsignal wieder in den Synchronismus, d. h. auf Nennfrequenz zurückgeführt.

Es soll hervorgehoben werden, daß mit dem hier verwendeten Begriff »Frequenzsteuerglied« nicht nur eine Einrichtung gemeint ist, mit der die Ausgangsfrequenz des Umrichters direkt beeinflußbar ist. Vielmehr soll der Begriff »Frequenzsteuerglied« ein beliebiges Steuerglied umfassen mit dem auf die Umrichterausgangsfrequenz Einfluß genommen werden kann, beispielsweise auch ein Phasensteuerglied, mit dem sich durch gezielte Phasenänderung letztlich auch eine Frequenzänderung erzielen läßt. Bei einem solchen Frequenzsteuerglied wird eine Frequenzänderung durch eine Änderung des Steuerwinkels bewirkt.

Als Frequenzsteuerglied läßt sich sowohl ein solches in digitaler als auch ein solches in analoger Bauform einsetzen. Eine besonders einfache Weiterbildung unter Verwendung eines analogen Frequenzsteuergliedes zeichnet sich dadurch aus, daß dem Frequenzsteuerglied ein Additionsglied zugeordnet ist, dem das Eingangssignal und das Zusatzsignal jeweils in Form einer Spannung zugeführt wird, und daß das Zusatzsignal von einem Spannungsformgeber geliefert ist, der vom Ausgangssignal eines Grenzwertmelders mit vorgegebenem Ansprechniveau bei Überschreiten des Ansprechniveaus gestartet ist, welcher von der Ausgangsspannung des Umrichters beaufschlagt ist.

Die Maßnahme der vorübergehenden Frequenzerhöhung kann auch gekoppelt werden mit meiner vorübergehenden Drosselung der Energiezufuhr von der Seite des speisenden Wechselspannungsnetzes. Dies kann bei einem Strom-Zwischenkreisumrichter durch Absenkung der Ausgangsspannung des netzseitigen Stromrichters bewirkt werden. Durch diese zusätzliche Maßnahme wird — neben der besagten Maßnahme zur Erhöhung des lastseitigen Energiebedarfs — die überschüssige Zwischenkreisenergie durch Reduzierung der Energiezufuhr schneller verringert.

Als Spannungsformgeber wird bevorzugt ein solcher verwendet, der einen steilen Nadelimpuls mit anschließend vergleichsweise langsam abfallendem Rücken erzeugt. Der Nadelimpuls wird dabei bevorzugt durch einen an eine Spannungsquelle schaltbaren Kondensator erzeugt.

Als besonderer Vorteil der Erfindung wird es angesehen, daß die besagte Frequenzerhöhung sehr rasch zu einer Energieaufnahmebereitschaft und dadurch zur Verhinderung unzulässiger Überspannungen führt. Das Entstehen einer Überspannung kann mit

handelsüblichen Bauelementen sehr schnell erfaßt werden, und der Eingriff auf die Ausgangsfrequenz und damit die Schaffung des erhöhten Energiebedarfs ist unabhängig von der Größe und damit der Trägheit der vorhandenen Energiespeicher.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Umrichterschaltung mit einem Strom-Zwischenkreisumrichter und einer analogen Schutzschaltung gegen abschaltbedingte Überspannungen,

F i g. 2 eine Ausführungsform eines Spannungsformgebers und

F i g. 3 drei zu F i g. 1 gehörige Zeitdiagramme.

Nach Fig. 1 sind vier Gruppen 1, 2, 3 und 4 von dreiphasigen Hysteresemaschinen, die im Normalbetrieb synchron laufen, jeweils über einen zugeordneten Schalter 5,6, 7 bzw. 8 an eine gemeinsame dreiphasige Sammelschine 9 angeschlossen. Jede Gruppe 1 bis 4 repräsentiert eine größere Anzahl von Hysteresemaschinen, beispielsweise jeweils 100, die jeweils mit einer (nicht dargestellten) Zentrifuge gekoppelt sind. Es können auch mehr oder weniger als vier Gruppen 1 bis 4 vorgesehen sein. Die Sammelschine 9 wird von einem Umrichter 10 mit meiner Umrichterausgangsspannung U gespeist, der als Strom-Zwischenkreisumrichter ausgebildet ist Zur Blindleistungskompensation liegt an der Sammelschine 9 noch eine Kondensatorbatterie 11. Die Hysteresemaschinen werden überkompensiert betrieben.

Der Strom-Zwischenkreisumrichter besteht aus einem lastseitigen Stromrichter (Wechselrichter) 12 und einem netzseitigen Stromrichter (Gleichrichter) 13, die beide durch einen Zwischenkreis miteinander verbunden sind. Der Zwischenkreis umfaßt zwei miteinander in Reihe geschaltete Drosselspulen 14 und 15 sowie einen Kondensator 16. Die Bauelemente 14 bis 16 sind in T-Schaltung angeordnet.

Bei dem lastseitigen Stromrichter 12 handelt es sich um einen selbstgeführten Stromrichter, der insbesondere Thyristoren in Drehstrom-Brückenschaltung umfaßt. Er wird von einem Frequenzsteuerglied 17 gesteuert. Hierbei kann es sich speziell um einen Analog-Digital-Wandler mit nachgeschaltetem Steuersatz handeln. Der Steuersatz nimmt hierbei die Verteilung der vom Analog-Digital-Wandler gelieferten Steuerimpulse auf die einzelnen steuerbaren Ventile vor. Das Frequenzsteuerglied 17 liefert nach Maßgabe seines Eingangssignals Zündsignale an die steuerbaren Ventile des Stromrichters 12. Das Eingangssignal legt die Ausgangsfrequenz /des Umrichters 10 fest. Diese liegt im Mittelfrequenzbereich und kann z. B. 1 kHz betragen. Der netzgeführte Stromrichter 13 wird von einem dreiphasigen Wechselspannungsnetz 18 gespeist Er kann ebenfalls Thyristoren in Drehstrom-Brückenschaltung umfassen. Die Steuerung der steuerbaren Ventile des Stromrichters 13 wird durch einen Steuersatz 19 bewirkt Diesem wird eingangsseitig eine Steuerspannung u, zugeführt, mit der die Zwischenkreisspannung Ui am Gleichspannungsausgang des Stromrichters 13 eingestellt werden kann.

Um beim Offnen eines oder mehrerer der Schalter 5 bis 8 eine zu hohe Maschinenspannung zu verhindern, die den Hysteresemaschinen der einzelnen Gruppen 1 bis 4 gefährlich werden könnte, ist eine schnell wirksame Schutzschaltung vorgesehen. Diese ist vorliegend in analoger Bauweise ausgeführt Auch ein digitaler Aufbau ist möglich.

Die Schutzschaltung 20 umfaßt als Eingangsglied eine Spannungsmeßschaltung 21, mit der der Betrag \U\ der Umrichterausgangsspannung U, die hier gleich der Maschinenspannung ist ermittelt wird. Bei dieser Spannungsmeßschaltung 21 kann es sich im einfachsten Fall um eine dreiphasige Brückenschaltung aus Dioden handeln. Sie ist wechselspannungsseitig am Ausgang des lastseitigen Stromrichters 12 angeschlossen. Das gleichspannungsseitige Ausgangssignal der Spannungsmeß- schaltung 21, das dem Betrag \U\ proportional ist wird einem Grenzwertmelder 22 zugeführt. Dieser besitzt ein vorgegebenes Ansprechniveau \U^, das unter der höchstzulässigen Umrichterausgangsspannung U liegt Wird das Ansprechniveau \U^ vom ansteigenden Eingangssignal \U\ erreicht so liefert der Grenzwertmelder 22 ein Ausgangssignal a. Mit diesem Ausgangssignal a wird ein Spannungsformgeber 23 gestartet Dieser liefert kurzzeitig ein analoges Ausgangssignal mit vorgegebenem Zeitverlauf. Der Zeitverlauf ist durch einen sprungartigen Anstieg und anschließend einen vergleichsweise langsamen Abfall gekennzeichnet Die Form dieses Ausgangssignals ist im Schaltsymbol des Spannungsformgebers 23 angedeutet Die Form und Dauer wird durch die Dimensionierung und Art der im Spannungsformgeber 23 verwendeten Bauelemente bestimmt.

Das Ausgangssignal des Spannungsformgebers 23 wird als Zusatzsignal Uh einem Additionsglied 24 aufgeschaltet, das dem Frequenzsteuerglied 17 vorge-

Ki schaltet ist Im ungestörten Fall, also wenn die Umrichterausgangsspannung U betragsmäßig unter dem durch das Ansprechniveau |£/J repräsentierten Schwellwert liegt ist das Zusatzsignal uf_Z gleich Null. Dann wird das Eingangssignal des Frequenzsteuerglie des 17 allein durch ein Eingangssignal Uf bestimmt das von einem Frequenzgeber 25 vorgegeben wird und die Ausgangsfrequenz / im Nennbetrieb festlegt Der Frequenzgeber 25 ist als an Konstantspannung liegendes Potentiometer angedeutet Beim öffnen beispiels- weise des Schalters 8 (vgl. F i g. 1) und Wegschalten der Gruppe 4 wird die Umrichterausgangsspannung i/von ihrem Nennwert aus ansteigen. Beim Ansteigen der Maschinenspannung Uüber einen Wert hinaus, der dem vorgegebenen Ansprechniveau \U^ entspricht wird dem Frequenzsteuerglied 17 zusätzlich das Zusatzsignal Ut₁ aufgeschaltet Durch die Aufschaltung wird bewirkt, daß die Ausgangsfrequenz / des Umrichters 10 sprungartig erhöht wird, und zwar so, daß die angeschlossenen Hysteresemaschinen der noch verblie benen Gruppen 1 bis 3 aus dem Synchronismus in den Asynchronismus überführt werden. Diese Umschaltung der Betriebsart bedeutet für die Hysteresemaschinen momentan eine Erhöhung des Energiebedarfs, der durch den Energieüberschuß im Zwischenkreis gedeckt wird.

Aus F i g. 1 ist auch eine Weiterbildung der Schutzschaltung 20 ersichtlich, die zusätzlich getroffen werden kann. Bei dieser Weiterbildung handelt es sich um eine Absenkung der Zwischenkreisspannung Ui, sobald die Umrichterausgangsspannung U zu groß wird. Wie

wi gestrichelt eingezeichnet ist wird das Ausgangssignal a des Grenzwertmelders 22 einem weiteren Spannungsformgeber 28 zugeführt Dieser bildet ein vorgegebenes rechteckförmiges Ausgangssignal, dessen Anstiegsflanke vom Grenzwertmelder 22 gestartet wird. Das Ausgangssignal ist eine Zusatzsteuerspannung u» die zur Absenkung der Zwischenkreisspannung U\ verwendet wird. Sie wird zu diesem Zweck einem weiteren Additionsglied 29 aufgeschaltet wo sie im genannten

Sinne zur Steuerspannung u_s hinzuaddiert wird. Eine Reduzierung der Zwischenkreisspannung U\ bewirkt eine schnellere Reduzierung der überschüssigen Energie im Zwischenkreis.

In Fig.2 ist eine besonders einfache Ausführungsform des Spannungsformgebers 23 dargestellt. Dieser ist hier so aufgebaut, daß er bei Auftreten des vom Grenzwertmelder 22 gelieferten Ausgangssignals a einen steil ansteigenden Nadelimpuls mit nachfolgender flach abfallender Rückflanke als Zusatzsignal u& erzeugt ι ο (vgl. F i g. 3, mittleres Diagramm).

Der Spannungsformgeber 23 enthält einen vom Ausgangssignal a gesteuerten Schalter 30, der zwischen zwei Schaltstellungen hin- und herschaltbar ist In der gezeigten Schaltstellung liegt der Ruhekontakt auf Masse, in der anderen Schaltstellung auf einem festen positiven Potential, das von einer (nicht gezeigten) Gleichspannungsquelle geliefert wird. Abweichend von der Darstellung handelt es sich bei dem Schalter 30 um einen schnell schaltenden elektrischen Schalter, insbesondere um einen Feldeffekt-Transistor.

Dem Schalter 30 ist die Reihenschaltung eines Kondensators 31 mit einem Widerstand 32 nachgeschaltet Die Bemessung dieser beiden Bauglieder 31, 32 bestimmt die Zeitkonstante der abfallenden Rückflanke des erzeugten Nadelimpulses. In einem ausgeführten Spannungsformgeber 23 wurde als Kapazität 0,22 μΡ und als Widerstandswert 1 MOhm gewählt was einer Zeitkonstante von 220 msec entspricht Abweichend hiervon wird man die Bemessung nach der Anzahl der gleichzeitig abzuschaltenden Hysteresemaschine und damit nach dem zu erwartenden Spannungsanstieg richten. Der Reihenschaltung der Bauglieder 31,32 kann noch ein (nicht gezeigter) rückgekoppelter Verstärker nachgeschaltet sein, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Bei einem solchen Spannungsformgeber 23 würde es sich dann um ein aktives Bauglied handeln.

Aus F i g. 3 ist die Funktion der Umrichterschaltung nach F i g. 1 samt Schutzschaltung zur Verkleinerung der Oberschwingweite der Maschinenspannungen beim Schalten der umrichtergespeisten Hysteresemaschinen durch Erhöhung der Frequenz / ersichtlich. Im oberen Diagramm ist der Verlauf des Betrags \U\ der Ausgangswechselspannung U des Umrichters 10 beim Abschalten der Gruppe 4 mit und ohne Schutzschaltung in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt Das mittlere Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf und die zeitliche Zuordnung des angestrebten, d. h. idealisierten analogen Zusatzsignals Ut_x. Es handelt sich dabei um einen steil ansteigenden, gestrichelt eingezeichneten Nadelimpuls mit langsamer abfallender Rückflanke. Unter Usmtänden ist auch ein weniger ausgeprägter Nadelimpuls (vgl. durchgezogene Kurve) ausreichend Und das untere Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf des im Additionsglied 24 gewonnenen Eingangssignals (t//+ ut_z) für das Frequenzsteuerglied 17. Hieraus ist auch gestrichelt der Anteil mit realistischem Verlauf der Zusatzspannung Uf_z zu entnehmen. Er zeigt einen weniger steilen Anstieg als der angestrebte Verlauf nach dem mittleren Diagramm. Das liegt daran, daß beim Einschalten gewisse Trägheiten von Bauelementen zu überwinden sind. Die Periodendauer T=I// der Umrichterausgangswechselspannung U ist im oberen Diagramm angedeutet.

Anhand von F i g. 3 sei nochmals die Funktionsweise erläutert.

Zunächst seien alle vier Gruppen 1 bis 4 an den Ausgang des Umrichters 10 angeschlossen. Die Umrichterausgangsspannung U ist dem Betrage \U\ nach konstant. Die Hysteresemaschinen werden also mit Nennspannung U_n beaufschlagt. Es gilt | U \ = | U_n\.

Zum Zeitpunkt J₁ erfolge nun das Wegschalten der Gruppe 4. Nunmehr steigt der Betrag \U\ der Umrichterausgangsspannung U an. Dieser Betrag \U\ würde ohne Schutzschaltung den aus dem oberen Diagramm ersichtlichen gestrichelten Verlauf annehmen. Im Zeitpunkt t₂ hat bei wirksamer Schutzschaltung der Betrag \U\ das im Grenzwertmelder 22 vorgegebene Ansprechniveau \Ug{ erreicht; dieser gibt ein steil ansteigendes Ausgangssignal a ab. (Das Ansprechniveau I Ly liegt unterhalb eines [nicht gezeigten] Abschaltniveaus, bei dessen Erreichen infolge anderer Störungsfälle der Umrichter 10 durch eine weitere [nicht gezeigte] Schutzschaltung abgeschaltet werden kann.) Vom Zeitpunkt h ab wird der gestrichelte Einschwingvorgang mit Hilfe des Ausgangssignals a des Grenzwertmelders 22 unterbrochen. Es wird die Ausgangsfrequenz /des lastseitigen Stromrichters 12 erhöht und somit ein erhöhter Wirkleistungsbedarf geschaffen. Das geschieht dadurch, daß im Zeitpunkt t₂ der Spannungsformgeber 23 durch das Ausgangssignal a des Grenzwertmelders 22 gestartet wird. Dieses geht aus dem unteren Diagramm hervor. Der Spannungsformgeber 23 liefert das zunächst relativ steil ansteigende und dann langsam abfallende Zusatzsignal Uf_z, das zu einer Erhöhung der Ausgangsfrequenz / führt. Der Maximalwert der Zusatzspannung u& ist beispielsweise bereits nach einer Millisekunde erreicht. Und dieser Maximalwert entspricht einer Frequenzerhöhung von z. B. 1 bis 2%. Im Zeitpunkt /3 ist das Zusatzsignal Uf_z weitgehend abgeklungen. Das kann z. B. im wesentlichen nach 220 msec der Fall sein. Die zu wählende Abklingzeit richtet sich — allgemein gesprochen — nach dem abzubauenden Energieüberschuß des Zwischenkreises.

Bei entsprechender Dimensionierung des Spannungsformgebers 23 wird erreicht, daß der beim Abschalten der betreffenden Gruppe im Umrichter 10 auftretende Energieüberschuß und der durch die Frequenzerhöhung bedingte erhöhte Wirkleistungsbedarf der Hysteresemaschinen dergestalt sind, daß sich ein Gleichgewicht bei nur mäßig über der Nennspannung U_n erhöhter Maschinenspannung U einstellt. Mit anderen Worten: Der zeitliche Verlauf des Impulsrückens im Zusatzsignal Ufz wird an dem Spannungsformgeber 23 nach Maßgabe der Anzahl der wegzuschaltenden Hysteresemaschinen so eingestellt, daß das Überschwingen der Umrichterausgangsspannung U nicht zu groß wird und schnell wieder abklingt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

809 545/430

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Umrichterschaltung mit einem eingangsseitig von einem Wechselspannungsnetz gespeisten, mit Energiespeicher ausgerüsteten Zwischenkreiseumrichter, an dessen Ausgang mehrere Gruppen von im Normalbetrieb synchronlaufenden Hysteresemaschinen jeweils über einen Schalter angeschlossen sind, und mit einem Frequenzsteuerglied, dessen to Eingangssignal die Ausgangsfrequenz des Zwischenkreisumrichters festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ansteigen der Maschinenspannung (I U) über ein vorgegebenes Ansprechniveau (ji/fl) hinaus dem Frequenzsteuerglied (17) kurzzeitig ein Zusatzsignal (itf_Z) in dem Sinne aufgeschaltet ist, daß die Ausgangsfrequenz (f) des Zwischenkreisumrichters (10) sprungartig derart erhöht wird, daß die angeschlossenen Hysteresemaschinen (1 bis 4) aus dem Synchronismus vorübergehend in den Asynchronismus gebracht werden.

2. Umrichterschaltung nach Anspruch 1 mit einem analogen Frequenzsteuerglied, dadurch gekennzeichnet, daß dem Frequenzsteuerglied (17) ein Additionsglied (24) zugeordnet ist, dem das Eingangssignal (ur) und das Zusatzsignal (uh) jeweils in Form einer Spannung zugeführt sind, und daß das Zusatzsignal (uu) von einem Spannungsformgeber (23) geliefert ist, der vom Ausgangssignal (a) eines Grenzwertmelders (22) mit vorgegebenem An-Sprechniveau (\U^) gestartet ist, welcher von der Umrichterausgangsspannung (| U |) beaufschlagt ist

3. Umrichterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ansteigen der Umrichterausgangsspannung (\U\) über das vorgegebene Ansprechniveau fli/J) hinaus gleichzeitig kurzzeitig die Energiezufuhr vom Wechselspannungsnetz (18) gedrosselt ist.

4. Umrichterschaltung nach Anspruch 3 mit einem Strom-Zwischenkreisumrichter, bei dem zwischen dem netzseitigen Stromrichter und dem lastseitigen Stromrichter zwei Drosselspulen und ein Kondensator in T-Schaltung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung (Ui) des netzseitigen Stromrichters (13) abgesenkt wird.

5. Umrichterschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsformgeber (23) einen vom Ausgangssignal (a) des Grenzwertmelders (22) gesteuerten Schalter (30), der zwischen zwei Potentialen hin- und herschaltbar so ist, und eine nachgeschaltete Reihenschaltung aus einem Kondensator (31) und einem ohmschen Widerstand (32) umfaßt

6. Umrichterschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschaltung (31,32) ein rückgekoppelter Verstärker nachgeschaltet ist