DE2732450C2 - DC link converter circuit - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zwischenkreis-Umrichterschaltung mit einem eingangsseitig von einem Wechselspannungsnetz gespeisten, durch ein Steuersignal steuerbaren netzseitigen Stromrichter, einem diesem netzseitigen Stromrichter nachgeschalteten Strom-Zwischenkreis und einem mit dem Strom-Zwischenkreis verbundenen lastseitigen Stromrichter zum asynchronen Hochfahren und zum synchronen Betrieb von einer Anzahl von wechselspannungsseitig an den lastseitigen Stromrichter angeschlossenen Hysteresemaschinen und mit einer ebenfalls wechselspannungsseitig an den lastseitigen Stromrichter angeschlossenen Blindleistungs-Kompensationseinrichtung mit Mitteln zur Dämpfung einer Selbsterregung in der Nähe des Synchronismus.The invention relates to an intermediate circuit converter circuit with one fed on the input side by an AC voltage network, by a control signal controllable line-side converter, a downstream converter connected to this line-side converter Current intermediate circuit and a load-side converter connected to the current intermediate circuit for asynchronous start-up and for synchronous operation of a number of AC voltage side to the Hysteresis machines connected to the load-side converter and with one also on the AC voltage side Reactive power compensation device connected to the load-side converter with means for damping self-excitation in the vicinity of synchronism.
Aus Der DE-OS 21 32 179 ist eine Anordnung bekannt mit einem Umrichter, der einen netzseitigen Stromrichter, eine daran angeschlossene Drosselspule, einen Kondensator und eine an einen lastseitigen Stromrichter angeschlossene zweite Drossel in T-Schaltung enthält. Zunächst scheint ein derartiger Schwingkreis-Wechselrichter mit T-Schaltung die einfachste und billigste Lösung für die dort vorgesehene Anwendung, nämlich die Speisung einer Anzahl von Hysteresemotoren, zu sein. Beim synchronen Betrieb der Motoren treten aber Polradschwingungen mit einer typischen Frequenz von etwa 0,3 Hz auf, die als »Pendelungen« bekann', sind und Schwingungen um die Achse des Ständerdrehfeldes darstellen. Zu deren Dämpfung wird dort vorgeschlagen, diese Schwingungen aus dem maschinenseitigen Umrichterausgangsstrom herauszufiltern und gegensinnig auf die die Umlaufgeschwindigkeit desFrom DE-OS 21 32 179 an arrangement is known with a converter that has a network-side Power converter, an inductor connected to it, a capacitor and one on the load side Includes converter connected second choke in T-circuit. At first such a resonant circuit inverter appears with T-circuit the simplest and cheapest solution for the application envisaged there, namely the feeding of a number of hysteresis motors. Pedal when the motors are running synchronously but pole wheel oscillations with a typical frequency of about 0.3 Hz, known as "pendulums", and represent vibrations around the axis of the stator rotating field. There is used to dampen them proposed to filter out these vibrations from the machine-side converter output current and in the opposite direction to the speed of rotation of the
to Ständerdrehfeldes bestimmende Frequenzsteuerung des maschinenseitigen Stromrichters aufzuschalten.to connect the frequency control of the converter on the machine side, which determines the rotating field of the stator.
In der DE-OS 22 44 757 wird zur Pendelungsbedämpfung aus dem differenzierten Zwischenkreisstrom eine Störgröße gebildet und einem Umrichterausgangsspannungs-Regler aufgeschaltet, der seinerseits einem den Zwischenkreisstrom steuernden Stromregler überlagert ist Der Zwischenkrsis enthält dabei nur eine entsprechend groß zu bemessende Zwischenkreisdrossel. Da der Umrichter nur induktiven Blindstrom liefert, entstehen insbesondere bei Blindlastschwankungen des Lastkreises Kommutierungsschwierigkeiten. Dem Umrichterausgang ist deshalb eine Kondensatorbatterie und ein induktiver Blindleistungssteller parallel nachgeschaltet, durch den bei synchronem Betrieb mit vorgegebener konstanter Taktfrequenz des maschinenseitigen Stromrichters dessen Löschzeit konstant gehalten werden kann. Zum Hochfahren in den Synchronismus ist vorgesehen, die Motoren in kleinen Gruppen mittels zwangskommutierter Zusatzumrichter hochzuschieppen und erst im Synchronismus auf den Umrichter umzuschalten. In DE-OS 22 44 757 is a sway damping from the differentiated intermediate circuit current Formed disturbance variable and connected to a converter output voltage regulator, which in turn a The intermediate circuit current controlling current controller is superimposed. The intermediate crisis contains only one corresponding Large DC link reactor. Since the converter only supplies inductive reactive current, arise Commutation difficulties in particular with reactive load fluctuations in the load circuit. The converter output a capacitor battery and an inductive reactive power controller are therefore connected in parallel, by the synchronous operation with a given constant clock frequency of the machine Converter whose extinguishing time can be kept constant. To start up in synchronism it is planned to move the motors up in small groups using additional converters with forced commutation and only switch to the converter in synchronism.
Diese Anordnung ist wegen der nötigen Dimensionierung der Zwischenkreisdrossel und der Verwendung von Zusatzumrichtern zum gruppenweisen Hochfahren der Motoren sehr aufwendig.This arrangement is because of the necessary dimensioning of the DC link reactor and the use of additional converters to start up the motors in groups is very complex.
Die letztgenannten Maßnahmen erscheinen erforderlich, da die Resonanzfrequenz des von den Maschinen und der Parallelkondensator-Batterie gebildeten Parallelschwingkreises unterhalb der Betriebsfrequenz liegt und beim Hochfahren durchlaufen werden muß, so daß die Gefahr einer Selbsterregung auftritt. Deshalb ist in den »Technischen Mitteilungen AEG-Telefunken« 67 (1977), Seite 30 bis 34 ein Umrichter als untauglich dargestellt, der einen Schwingkreis-Wechselrichter mit Stromeinprägung enthält.The latter measures seem necessary because of the resonance frequency of the machines and the parallel resonant circuit formed by the parallel capacitor battery is below the operating frequency and must be run through when starting up, so that there is a risk of self-excitation. That is why in the »Technischen Mitteilungen AEG-Telefunken« 67 (1977), pages 30 to 34, a converter is shown as unsuitable, which contains a resonant circuit inverter with current injection.
Die dort angesprochene selbsterregte Schwingung ist durch die spezielle Anordnung und Dimensionierung des Lastkreises (System Hysteresemotoren/Kondensatorbatterie) insbesondere dann auf, wenn der LastkreisThe self-excited oscillation mentioned there is due to the special arrangement and dimensioning of the load circuit (system hysteresis motors / capacitor battery) especially when the load circuit
so nicht angeschlossen ist. Ein angeschlossener mit hohem Wirkungsgrad und fester Frequenz arbeitender Umrichter kann aber diese Schwingung praktisch auch nicht dämpfen, vielmehr sind hierzu Eingriffe in die Frequenzsteuerung oder in den Lastkreis selbst erforderlieh. so is not connected. A connected converter that works with high efficiency and a fixed frequency however, it cannot dampen this oscillation in practice; rather, this involves interventions in the frequency control or required in the load circuit itself.
Untersuchungen mit einer Anordnung, bei der eine Stromeinprägung und ein Zwischenkreis mit der erwähnten, aus der DE-OS 21 32 179 bekannten kostensparenden T-Schaltung verwendet ist, haben gezeigt, daß es beim Hochfahrbetrieb von solchen kompensierten Hysteresemaschinen häufig knapp vor dem Einlaufen in den Synchronismus zu weiteren Schwingungen kommt. Dies tritt also dann ein, wenn die Winkelgeschwindigkeit aller Hysteresemaschinen nur unbedeutend kleiner ist als die konstante Winkelgeschwindigkeit des vom lastseitigen Stromrichter abgegebenen speisenden Wechselspannungssystems. Es hat sich weiter gezeigt, daß das hier auftretende System Maschine/Investigations with an arrangement in which a current injection and an intermediate circuit with the mentioned, from DE-OS 21 32 179 known cost-saving T-circuit is used, have shown that when such compensated hysteresis machines are started up, it is often just before running-in in the synchronism comes to further oscillations. So this occurs when the angular velocity of all hysteresis machines is only insignificantly smaller than the constant angular velocity of the feeding AC voltage system supplied by the load-side converter. It has continued showed that the system machine /
Kondensatorbatterie/Zwischenkreiskapazität ein weiteres schwingungsfähiges Gebilde darstellt, dessen selbsterregbare Schwingung als »Zwischenkreisschwingung« bezeichnet werden kann und bezüglich Frequenz und Ursache von der Asynchrongeneratorschwingung zu unterscheiden istCapacitor battery / intermediate circuit capacity another represents a vibratory structure, whose self-excitable vibration is called "intermediate circuit vibration" can be designated and with regard to frequency and cause of the asynchronous generator oscillation is to be distinguished
Die Zwischenkreisschwingung ist als eine Schwingung im Asynchronismus anzusehen, wobei es aber transient auch zu einem Betrieb im Synchronismus kommt Ein solches Wechselspiel zwischen Synchronismus und Asynchronismus führt zu einem instabilen Stromrichterbetrieb. Die Zwischenkreisschwingung ist relativ niederfrequent Bei einer üblichen Zwischenkreis-Umrichterschaltung mit einem lastseitigen Stromrichter, der mit etwa 1000 Hz betrieben wird, tritt sie vorzugsweise im Frequenzbereich von 10 bis 30 Hz auf, gegenüber etwa 300 Hz bei der Asynchrongeneratorschwingung. The intermediate circuit oscillation is to be regarded as an oscillation in asynchronism, although it is transiently there is also an operation in synchronism. Such an interplay between synchronism and asynchronism leads to unstable converter operation. The intermediate circuit oscillation is relatively low frequency with a common DC link converter circuit it occurs with a load-side converter that is operated at around 1000 Hz preferably in the frequency range from 10 to 30 Hz, compared to about 300 Hz for asynchronous generator oscillation.
Die Erfindung geht gattungsgemäß dah^r nicht von der in Bild 1 und Bild 3 der »Techn. Mitt AEG-Telefunken« a.a.O. dargestellten Schaltung aus, sondern von einer auf S. 32 wegen der Pendelungen und Asynchrongenerator-Schwingungen als unvorteilhaft bezeichneten Umrichterkonzeption, die mit Stromeinprägung arbeitet Dabei muß dann auch die Selbsterregung dieser zusätzlichen Zwischenkreisschwingung vermieden oder gedämpft werden.The invention is not based on the generic type shown in Figure 1 and Figure 3 of the »Techn. Mitt AEG-Telefunken " a.a.O. from the circuit shown, but from one on p. 32 because of the oscillations and asynchronous generator oscillations Inverter concept that is described as unfavorable and works with current injection The self-excitation of this additional intermediate circuit oscillation must then also be avoided or be dampened.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine Zwischenkreis-Umrichterschaltung mit Stromeinprägung zum asynchronen Hochfahren und zum synchronen Betrieb von blindleistungskompensierten Hysteresemaschinen derart auszubilden, daß die Selbsterregung beim Hochfahrbetrieb in der Nähe des Synchronismus auf einfache Weise weitgehend gedämpft ist und somit ein stationärer Umrichterbetrieb ermöglicht wird.The object of the invention is therefore to provide an intermediate circuit converter circuit with current injection for asynchronous start-up and for the synchronous operation of reactive power-compensated hysteresis machines to train in such a way that the self-excitation during start-up operation in the vicinity of the synchronism is largely attenuated in a simple manner and thus a stationary converter operation is made possible.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Anordnung der eingangs genannten Art gelöst bei der der Stromzwischenkreis eine am netzseitigen Stromrichter angeschlossene erste Drosselspule, einen Kondensator und eine am lastseitigen Stromrichter angeschlossene zweite Drosselspule in T-Anordnung umfaßt und daß durch die Mittel zur Dämpfung der Selbsterregung dem Steuersignal des netzseitigen Stromrichters ein dem Zwischenkreisstrom proportionales Zusatzsignal proportional und mit Vorzeichenumkehr aufgeschaltet wird.This object is achieved according to the invention by an arrangement of the type mentioned in the the intermediate circuit is a first inductor, a capacitor, connected to the power converter on the mains side and a second choke coil connected to the load-side converter in a T arrangement and that by the means for damping the self-excitation the control signal of the network-side converter an additional signal proportional to the intermediate circuit current and with a reversal of sign is applied will.
Mit »proportional aufgeschaltet« ist ausgedrückt, daß als Steuersignal im wesentlichen die Größe des Zwischenkreisstromes und nicht (wie nach der Schaltung gemäß DE-OS 22 44 757) deren Differential aufgeschal- ?et wird.With "proportionally switched on" it is expressed that the control signal is essentially the size of the intermediate circuit current and not (as after the circuit according to DE-OS 22 44 757) their differential is connected ? et is.
Insbesondere können dabei in die netzseitigen Zuleitungen des netzseitigen Stromrichters Stromwandler geschaltet sein, wobei diesen ein Gleichrichter nachgeschaltet ist dessen Ausgangssignal als das Zusatzsignal in einem Additionsglied dem Steuersignal proportional aufgeschaltet istIn particular, current converters can be installed in the line-side feed lines of the line-side converter be connected, this being followed by a rectifier whose output signal is used as the additional signal is connected proportionally to the control signal in an adder
Die erfindungsgemäße Maßnahme hat zur Folge, daß in allen Arbeitspunkten die Stabilität des Antriebssystems (Umrichter-Hysteresemaschinen) gewährleistet ist. Sie bewirkt eine Schwingungsdämpfung durch Veränderung des von den Eingangsklemmen des Strom-Zwischenkreises am lastseitigen Stromrichter her gemessenen Frequenzganges. Die Aufschaltung des Zusatzsignals wirkt wie ein zusätzlicher ohmscher Stabilisierungswiderstand in Reihe zur ersten Drosselspule. Gegenüber der Einschaltung eines solchen Stabilisierungswiderstandes bietet aber die Aufschaltung den Vorteil, daß keine Verluste im Betrieb auftreten. Berechnungen haben gezeigt daß die elektrischen Verluste, die andernfalls in einem solchen Stabilisierungswiderstand auftreten wurden, etwa 10% der gesamten Leisiung der Zwischenkreis-Umrichterschaitung betragen könnten.The measure according to the invention has the consequence that the stability of the drive system in all operating points (Converter hysteresis machines) is guaranteed. It causes vibration damping through change that measured by the input terminals of the intermediate circuit on the load-side converter Frequency response. The activation of the additional signal acts like an additional ohmic stabilization resistor in series with the first choke coil. Compared to the inclusion of such a stabilization resistor however, the connection offers the advantage that no losses occur during operation. Calculations have shown that the electrical losses that would otherwise result in such a stabilizing resistor occur, amount to about 10% of the total output of the DC link converter circuit could.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Figur näher erläutert
Nach der Figur sind vier Gruppen 1, 2, 3 und 4 vonAn embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to a figure
According to the figure there are four groups 1, 2, 3 and 4 of
ίο dreiphasigen Hysteresemaschinen, die im Normalbetrieb synchron laufen, jeweils an eine gemeinsame dreiphasige Sammelschiene 5 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 Sammelschiene 5 wird von einem Zwischenkreis-Umrichter 6 gespeist Dieser Zwischenkreis-Umrichter ist als Strom-Zwischenkreisumrichter ausgebildet Zur Blindleistungskompensation liegt an der Sammelschiene 5 noch eine Kondensatorbatterie 7 mit drei Kondensatoren in Sternschaltung. Sie könnten auch im Dreieck geschaltet sein. Die Hysteresemaschinen werden überkompensiert betrieben.ίο three-phase hysteresis machines that are in normal operation run synchronously, each connected to a common three-phase busbar 5. Each group 1 to 4 represents a larger number of hysteresis machines, for example 100 each, each with a (not shown) centrifuge are coupled. There can also be more or less than four groups 1 to 4 may be provided. The busbar 5 is fed by an intermediate circuit converter 6 This intermediate circuit converter is designed as a current intermediate circuit converter. Reactive power compensation is available the busbar 5 still has a capacitor bank 7 with three capacitors in a star connection. You could also be connected in a triangle. The hysteresis machines are operated overcompensated.
Der Strom-Zwischenkreisumrichter 6 besteht aus einem lastseitigen Stromrichter (Wechselrichter) 8 und einem netzseitigen Stromrichter (Gleichrichter) 10, die beide durch einen Strom-Zwischenkreis 12 miteinander verbunden sind. Der Strom-Zwischenkreis 12 umfaßt zwei miteinander in Reihe geschaltete Drosselspulen 14 und 15 sowie einen Kondensator 16. Die Bauelemente 14 bis 16 sind in T-Schaltung angeordnet In Reihe zur ersten Drosselspule 14, die mit dem gleichstromseitigen Ausgang des netzseitigen Stromrichters 10 verbunden ist liegt ein Stromwandler 17.The current intermediate circuit converter 6 consists of one load-side converter (inverter) 8 and a network-side converter (rectifier) 10, the both are connected to one another by an intermediate circuit 12. The current intermediate circuit 12 includes two choke coils 14 and 15 connected in series with one another and a capacitor 16. The components 14 to 16 are arranged in a T-circuit In series with first choke coil 14, which is connected to the DC-side output of the line-side converter 10 is a current transformer 17.
Bei dem lastseitigen Stromrichter 8 handelt es sich um einen fremdgeführten Stromrichter, der insbesondere Thyristoren in Drehstrom-Brückenschaltung umfaßt. Er wird von einem Steuersatz 18 gesteuert. Dieser Steuersatz 18 liefert nach Maßgabe eines Frequenzsteuersignals Uf Zündsignale an die steuerbaren Ventile des Stromrichters 8. Das Frequenzsteuersignal u; legt die Ausgangsfrequenz des Zwischenkreis-Umrichters 6 fest Diese liegt im Mittelfrequenzbereich und kann z. B.The load-side converter 8 is an externally guided converter which, in particular, comprises thyristors in a three-phase bridge circuit. It is controlled by a tax rate 18. This control set 18 supplies ignition signals to the controllable valves of the converter 8 in accordance with a frequency control signal Uf . The frequency control signal u; defines the output frequency of the intermediate circuit converter 6. B.
1 kHz betragen.1 kHz.
Der netzgeführte Stromrichter 10 wird von einem dreiphasigen Wechselspannungsnetz 19 gespeist. Er kann ebenfalls Thyristoren in Drehstrom-Brückenschaltung umfassen. Die Steuerung der steuerbaren VentileThe line-commutated converter 10 is fed by a three-phase AC voltage network 19. He can also include thyristors in a three-phase bridge circuit. The control of the controllable valves
so dieses Stromrichters 10 wird von einem Steuersatz 20 bewirkt. Diesem wird eingangsseitig eine Steuerspannung Us zugeführt, mit der die Zwischenkreisspannung U\ am Gleichspannungsausgang des Stromrichters 10 eingestellt werden kann.so this converter 10 is effected by a tax rate 20. A control voltage Us , with which the intermediate circuit voltage U \ at the DC voltage output of the converter 10 can be set, is fed to this on the input side.
Beim gleichzeitigen Hochlaufen der Gruppen 1 bis 4 von Hysteresemaschinen kann es — wie bereits erwähnt — in der Nähe des Synchronismus, d. h. wenn die Winkelgeschwindigkeit der einzelnen Motoren nur wenig geringer ist als die Winkelgeschwindigkeit des Spannungssystems des speisenden Stromrichters 8, zu einer selbsterregten Schwingung, zu der erwähnten Zwischenkreisschwingung kommen. Diese tritt bei einer ZwisLjenkreis-Umrichterschaltung der dargestellten Art vorzugsweise im Frequenzbereich von 10 bis 30 Hz auf. Um diese Zwischenkreisschwingung gering zu halten oder sogar vollständig zu unterdrücken, wird der Steuerspannung u, des Steuersatzes 20 in einem vorgeschalteten Additionselied 21 eine Zusatzsnannnnu ι/-When groups 1 to 4 of hysteresis machines run up at the same time, it can - as already mentioned - close to synchronism, d. H. if the angular speed of the individual motors is little is less than the angular velocity of the voltage system of the feeding converter 8, to a self-excited oscillation, come to the mentioned intermediate circuit oscillation. This occurs with a ZwisLjenkreis converter circuit of the type shown, preferably in the frequency range from 10 to 30 Hz on. In order to keep this intermediate circuit oscillation low or even to suppress it completely, the Control voltage u, of the tax rate 20 in an upstream addition element 21 a Zusatzsnannnnu ι / -
aufgeschaltet. Diese Zusatzspannung uz ist in jedem Augenblick ein Maß für die Amplitude der Zwischenkreisschwingung. Zwecks Kompensation erfolgt die Aufschaltung bei positiver Steuerspannung us negativ. Die Zusatzspannung uz ist dem Strom i im Strom-Zwischenkreis 12 proportional. Die Zusatzspannung uz kann über die gestrichelte Leitung vom Stromwandler 17 geliefert werden. Die so zugeführte Spannung uz ist in der Figur in Klammern gesetzt. Es ist jedoch weniger aufwendig, stattdessen in den netzseitigen Zuleitungen drei Strom- ι ο wandler 27,28,29 anzuordnen und diesen einen Gleichrichter 30, z. B. aus Dioden in Drehstrom-Brückenschaltung, nachzuschalten. Das ist mit durchgezogenen Strichen in der Figur eingetragen. Es ist auch zweckmäßig, zwischen den Ausgang des Gleichrichters 30 und den is Zusatzeingang des Additionsgliedes 21 noch ein Proportionalitätsglied 31 mit Einstellorgan 32, z. B. einem Potentiometer, zu schalten. Dieses Proportionalitätsglied 31 dient zur Einstellung der gewünschten Verstärkung. activated. This additional voltage u z is a measure of the amplitude of the intermediate circuit oscillation at any moment. For the purpose of compensation, the connection is made with a positive control voltage u s negative. The additional voltage u z is proportional to the current i in the current intermediate circuit 12. The additional voltage u z can be supplied by the current transformer 17 via the dashed line. The voltage u z supplied in this way is shown in brackets in the figure. However, it is less expensive to instead arrange three current ι ο converters 27,28,29 in the mains-side leads and these a rectifier 30, z. B. from diodes in three-phase bridge circuit to be connected downstream. This is entered in the figure with solid lines. It is also expedient to place a proportionality element 31 with an adjusting element 32, e.g. B. a potentiometer to switch. This proportional element 31 is used to set the desired gain.
Die in der Figur dargestellte Maßnahme der Aufschaltung des dem Strom /' im Strom-Zwischenkreis 12 proportionalen Signals stellt eine mit einfachen Mitteln bewirkte Dämpfungsmaßnahme dar. Sie hat sich bei einer ausgeführten Zwischenkreis-Umrichterschaltung als so wirksam erwiesen, daß sämtliche Hysteresemaschinen gleichzeitig in den Synchronismus hochgefahren werden konnten.The measure shown in the figure of the connection of the current / 'in the current intermediate circuit 12 proportional signal represents a damping measure effected with simple means executed intermediate circuit converter circuit has proven to be so effective that all hysteresis machines could be started up in synchronism at the same time.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
3535
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OAP | Request for examination filed | ||
| OD | Request for examination | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |