DE2942761C2 - Kommutierungseinrichtung für einen Maschinenstromrichter - Google Patents

Description

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z.B.vomNetz.mitdemderNetzstromrichte^verbun- spannungsabhängigen Konimutierungsverlusten (Venden ist, gespeist wird Der weitere Gleichrichter 8 wird tÜverluste) dem Anpassungstransformator 9 entnomwechselspannungsseitig über einen Stromübertrager 7 men und unter Berücksichtigung der erforderlichen vom Netz gespeist Kommutierungsspannungssicherheit und des Gesamt-F i g. 12 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung 5 Wirkungsgrades der Kommutierungseinrichtung der der Phasen RST der Maschinen-EMK und der Spannun- Einrichtung 12 zur Verfugung gestellt gen an den Stromrichter-Ventilen des Stromrichters 4. Die Einrichtung 12 zur Abgabe der Kommutierungs-Mit 15,16,17 ist die Maschinen-EMK der Phasen R, S, T, impulse besteht, wie zu erkennen ist, aus drei gleichen, in mit 18 (Senkrechte Schraffur) sind die Diodenspan- Reihe geschalteten Einzel-Wechselrichtern. Wird z. B. nungsabfälle ;>nd die ohmsehen Spannungsabfälle be- 10 im Zeitpunkt 11 gemäß F i g. 2 das Kommutierungsvenzeichnet 19 zeigt den induktiven Gleichspannungsab- til 122 gezündet, so wird über die Diode 1212 eine fall, 20,21,22 den Maschinenstrom der Phasen R, S, T, 23 Hälfte der Primärwicklung des Spannungst-ansformadie Spannungszeitflächa des Linienzuges a, b, c, d der tors 5Tan positive Spannung gelegt Das hat zur Folge, Spannungseinkopplung durch den Spannungstransfor- daß der Kondensator 12.15 aufgeladen wird und der mator 5T(Fig.2.1; und 24 die Spannung des Gleich- 15 Ladestrom in dem Spannungstransformator 5, Phase T stromzwischenkreises (100% Glättung angenommen). eine proportionale Spannung erzeugt, wodurch die ge-Für die Betrachtung der F i g. 2.1 und F i g. 22 wird wünschte Potentialabsenkung an der Anode des Stromfolgendes angenommen: richter-Ventils 4.6 entsteht Sobald der Kondensatorla-Die Maschine ist ein nennerregter Synchronmotor devorgang beendet ist, geht die Übertragungsspannung unter Last, der so langsam dreht, daß bei 150 Grad 20 gegen 0. Der Primärstrom des Spannungstransforma-Aussteuerung des als Wechselrichter arbeitenden tors 5 wird durch den Strom des Stromübertragers 7 ;.. Stromrichters 4 der in der Maschine erzeugte und von und die Lastbegrenzungswiderstände IO begrenzt ■, den Ventilen gleichgerichtete Gleichstrommittelwert Bei der Erstkommutierung und bei Drehzahl 0 muß ■ kleiner ist als die für die Erreichung des Maschinen- mit einer Potentialdifferenz an den Kondensatoren nennstromes erforderliche Spannung des Gleichstrom- 35 12.13 bis 12.15 von 0 Volt gerechnet werden. Die Komv zwischenkreises. mutierungseinrichtung ist so dimensioniert, daß sie un- ; Soll unter diesen Voraussetzungen zum Zeitpunkt 11 ter dieser Voraussetzung bereits sicher kommutiert Da-. der Strom der Phase Tauf die Phase R überkommutie- durch ergibt sich eine zusätzliche Sicherheit von größer ί ren, so wird die Phase R nur einen Teil des Stromes als 100 % für alle folgenden Kommutierungen, da in k übernehmen, d. h. in der Phase T wird weiterhin Strom 30 diesen Fällen die Kondensatoren bereits aufgeladen ; fließen, und der Motor könnte kein Drehfeld mehr bil- sind. Das fuhrt gleichzeitig zu einer Verkürzung der ν den, da alle drei Phasen gleichzeitig Spannung führen. Kommutierungszeit im Bereich der Eigenkommutie- >■■ Um im Zeitpunkt 11 bei der erforderlichen Spannung rung. Die Umladung wird durch die Zündung des zwei- || des Gleichstromzwischenkreises von der Phase T auf ten Kommutierungsventils, z. B. 12.1, eingeleitet, wo- ?! die Phase R überkommutieren zu können, muß dafür 35 durch über die Diode 12.11 an die zweite Spulenhälfte j_: gesorgt werden, daß die Spannungsdifferenz an den An- des Spannungstransformators 5, Phase T ein positives ;■■ oden der Stromrichter-Ventile 42 und 4.6 während der Potential angelegt wird, der umgekehrte Ladevorgang fi Kommutierungszeit größer ist als die zur Strombildung an dem Kondensator 12.15 beginnt und das bis dahin ;· erforderliche Difterenzspannung zwischen der Zwi- stromführende Ventil 42 erlischt (J- schenkreisspannung und der EMK-Spannung der Phase 40 Anschließend steht das Kommutierungsventil 12.2 für ;'■;■ Tder Maschine. Das wird dadurch erreicht, daß im Zeit- eine erneute Umsteuerung zur Verfügung. '·, punkt fl der Kommutierung mit dem (Kommutie- Durch die gleichzeitige Ansteuerung zum Zeitpunkt ^;· rungs-)-Spannungstransformator ST ein Kommutie- 11 gemäß F i g. 2.2 des Ventils 42 des Stromrichters 4 i, rungsimpuls als eine Zusatzspannung in den Strompfad und des Kommutierungsventils 12.2 kann das Strom- '■': der Phase Γ eingespeist wird. Dabei muß das Potential 45 richter-Ventil 4.6 infolge der vom Spannungstransfor- ;' an der Anode des Ventils 42 gegenüber dem Potential mator 5, Phase T anodenseitig abgesenkten Spannung P der Anode des Ventils 4.6 positiv werden. löschen und das Ventil 42 die Stromführung voll über-■;' Das läßt sich erreichen durch die Zündung des Korn- nehmen.

¹ mutierungsventils 122 bzw. die Zündung des Kommu- Dieser Vorteil der beschriebenen Kommutierungs- \' tierungsventils 123 oder die gleichzeitige Zündung bei- so einrichtung bewirkt jedoch eine geringfügige Absen- i.·■ der Ventile. kung der Speisespannung des Netzstromrichters 2. Die '■; Der Einfachheit halber wird im folgenden davon aus- Kommutierungsenergie für den Stromrichter 4 wird ' gegangen daß die Kommutierungseinrichtung so ausge- demzufolge größtenteils von dem Stromübertrager 7 ; legt ist, daß ein Spannungstransformator alleine für die über die Kommutierungseinrichtung auf der Maschi- : ordnungsgemäße Kommutierung ausreicht Dadurch 55 nenseite in den Stromrichter 4 eingespeist und fließt können die gleichzeitig zündenden Ventile des (Maschi- nicht über den Gleichstromzwischenkreis. Die Stromnen-)Stromrichters und die Kommutierungsventile mit Versorgung für die Kommutierungseinrichtung muß jeden gleichen Indizes z. B. 42 für den Stromrichter und doch nicht notwendigerweise aus dem Stromübertrager 12.2 für das Kommutierungsventil versehen werden. 7 entnommen werden. Es ist auch eine unabhängige Bei der Stromkommutierung in dem o.g. Beispiel sind 60 Stromversorgungseinheit denkbar. Sie kann sowohl von dem Spannungstransformator ST die anlagenbe- proportional dem Maschinenlaststrom als auch mit eidingte stromabhängige Spannungszeitfläche der Korn- ner einfachen Strombegrenzungscharakteristik ausgemutierungsspannung und die Spannungsabfälle der be- führt werden, z. B, wie in F i g. 3 dargestellt, mit gleichteiligten Ventile und Widerstände während der Korn- stromseitigen Lastbegrenzungswiderständen 30.15 und mutierungszeit zu decken. Die erforderliche Kommutie- 65 30.16, denen Kondensatoren 30.13 und 30.14 parallelgerungsleistung wird entsprechend den stromabhängigen schaltet sind. Der Anpassungstransformator 9 kann da-Kommutierungsverlusten (induktive und ohmsche Ver- bei statt an das Netz des Netztransformators 2 an eine luste) dem Stromübertrager 7 und entsprechend den beliebige Wechselspannungsquelle angeschlossen sein.

F i g. 4 stellt den zeitlichen Verlauf der Spannung des Gleichstromzwischenkreises, der Ventil- und ohmschen Spannungsabfälle und der EMK der Synchronmaschine bei kleiner Drehzahl bei Generatorbetrieb dar. Die Bezeichnungen für das Liniendiagrann sind wie für s F i g. 22 gewählt

Bei kleinen Drehzahlen oder bei Maschinenstillstand muß zur Aufrechterhaltiing des Maschinenstromes sowohl vom Netzstromrichter 2 als auch vom Stromrichter 4 gemeinsam in den Gleichstromzwischenkreis eingespeist werden, d. h, beide Stromrichter arbeiten als Gleichrichter, wobei der Netzstromrichter 2 vom Netz aus und der Stromrichter 4 von der Synchronmaschine 6 her in den Gleichstromzwischenkreis einspeisen. Da die Synchronmaschine 6 bei Maschtnenstillstand bzw. bei is sehr kleinen Drehzahlen hierzu nicht mehr in der Lage ist, muß die fehlende Spannung zur Kommutierung über den Spannungstransformator 5 eingespeist werden. Das ist ohne weiteres möglich, da sich gegenüber dem Motorbetrieb der Synchronmaschine weder in der Phasenfolge noch in der Polarität der einzuspeisenden Spannung etwas ändern muß. Das geht aus dem Spannungsverlauf nach F i g. 4 hervor. Zu dieser Figur wird angenommen, daß die Zwischenkreisspannung umgekehrte Polarität hat als die gleichgerichtete Maschinenspannung. Zum Zeitpunkt f1 ist von der Phase T auf die Phase R zu kommutieren. Da die zu geringe Spannung der Phase R nicht in der Lage ist, den Strom von Phase T auf Phase R zu kommutieren, muß die Spannung der Phase R mit Hilfe des Spannungstransformators 5 R heraufgesetzt oder die Spannung der Phase Γ mit Hilfe des Spannungstransformators 5 Γgegenüber der Phase R herabgesetzt werden. Der Ablauf erfolgt wie beim Motorbetrieb zum Zeitpunkt f 1. Von der Phase Tauf die Phase R zu kommutieren bedeutet, daß die Anode des Stromrichter-Ventils 4.2 positiv gegenüber der Anode des Ventils 4.6 sein muß. Letzteres wird erreicht durch die Zündung des Kommutierungsventils 12J und dem damit verbundenen Aufladevorgang des Kondensators 12.15 und der anschließenden Spannungserzeugung am Spannungstransformator 5 T.

Der Spannungstransformator 5 übernimmt nur die Deckung der Spannungsabfälle während der Kommutierung. Der Strom in der Synchronmaschine wird durch den Netzstromrichter 2 über den Zwischenkreis ge- 45 deckt Dadurch kehren sich bei ganz kleinen Drehzahlen und bei Stillstand des Synchrongenerators die Phasenspannungen an den Maschinenklemmen um.

Zur Drehrichtungsumkehr ist die Phasenfolge sowohl für den Stromrichter 4 als auch bei der Kommutierungs- 50 einrichtung zu ändern. Dabei blcibi die gemeinsame Ansteuerung der mit gleichem Index belegten Ventile des Stromrichters 4 und der Kommutierungsventile 12.1 bis 12.6 erhalten.

Soll die Kommutierung beim Motor- und Generator- 55 betrieb zum Zeitpunkt 11 dadurch erfolgen, daß entgegen dem gezeigten Beispiel die Spannung der Phase R gegenüber der Phase T angehoben wird, so wird die Kommutierungsspannung der Phase R nach der Kommutierung weiterwirken und den Maschinenstrom an- 60 heben. Dieser Nachteil wird bei der Spannungsreduzierung mit dem Spannungstransformator 5 T zum Zeitpunkt /1 vermieden, weil im Anschluß an die Spannungskommutierung die Phase 7"stromlos ist

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Art durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merk-Patentansprüche: male gelöst Es liegt damit vorteilhafterweise eine vom Stromrich-

1. Kommutierungseinrichtung für einen eine ter und von großen Kondensatoren weitgehend unabmehrphasige elektrische Maschine speisenden 5 hängige Kommutierungseinrichtung vor, die durch die Stromrichter eines Umrichters mit Gleichstromzwi- Bereitstellung einer (zusätzlichen) Kommutierungsschenkreis, mit Spannungstransformatoren, deren spannung in Form der Kommutierungsimpulse, deren Sekundärseiten im Lastkreis des Stromrichters lie- Größe über den Versorgungsgleichstrom leicht steuergen und deren Primärseiten an eine Einrichtung zur bar ist, eine einheitliche Technik für alle selbst- und Abgabe von Kommutierungsimpulsen mit synchron io lastkommutierte, eine Maschine speisende Stromrichter zu den Stromrichter-Ventilen angesteuerten Korn- gewährleistet Der Maschinenstromrichter liefert dabei mutierungsventilen angeschlossen ist, dadurch lediglich Parallelimpulse zu der Kommutierungseinrichgekennzeichnet, daß die Sekundärwicklun- tung.

gen der Spannungstransformatoren (5) an die ma- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in

schinenseitigen Ausgänge des Stromrichters (4) an- 15 den Unteransprüchen gekennzeichnet

geschlossen sind, daß die Primärwicklungen Mittel- Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der

anzapfungen besitzen und daß alle Primänvicklun- Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläu-

gan derart in Reihe geschaltet sind, daß ein ununter- tert Es zeigt

brochener Versorgungsgleichstrom über die Korn- F i g. 1 das Prinzipschaltbild für eine KommutierungsmurierungsventiJe (12.1 bis 12.6) abwechselnd der 20 einrichtung bei einem Zwischenkreisumrichter,
einen oder der anderen Endanzapfung der Primär- F i g. 2.1 das Schaltbild für einen MaschinenstromwickJung zugeführt wird und über die Mittelanzap- richter und eine Maschine in Mittelpunktschaltung,
fung zu den gesteuerten Kommutierungsventilen F i g. 2,2 die zeitlichen Verläufe von Strom und Spannt bis 1Z6) der nächsten Primärwicklung fließt nung bei einer Maschine in Mittelpunktschaltung bei

2. Kommutierungseinrichtung nach Anspruch 1, 25 Motorbetrieb,

dadurch gekennzeichnet daß die Quelle für den Ver- F i g. 3 und eine Kommutierungseinrichtung mit unsorgungsgleichstrom durch einen ersten Gleichrich- abhängiger Stromversorgungseinheit und
ter (11) gebildet ist, an den gleichspannungs- oder Fig.4 die zeitlichen Verläufe von Strom und Spanwechselspannungsseitige Lastbegrenzungswider- nung siner Mittelpunktschaltung nach F i g. 2.1 bei Gestände (10,30.15, 30.16) angeschlossen sind und der 30 neratorbetrieb.

wechselspannungsseitig über einen Anpassungs- In F i g. 1 ist ein aus einem Netzstromrichter 2, einer

transformator (9) von dem Netz, an das der Netz- Gleichstromdrosselspule 3 und einem (Maschinen-)

stromrichter (2) des Umrichters angeschlossen ist, Stromrichter 4 aufgebauter Umrichter dargestellt. Der

gespeist wird. Stromrichter 4 mit seinen steuerbaren Ventilen 4.1 bis

3. Kommutierungseinrichtung nach Anspruch 2, 35 4.6 (Thyristoren) ist mit der Ständerwicklung einer dadurch gekennzeichnet daß die Quelle für den Ver- Stromrichtermaschine 6, deren Läuferwicklung nicht sorgungsgleichstrom durch einen weiteren Gleich- gezeigt ist, verbunden. Der Netzstromrichter 2 wird aus richter (8) gebildet ist, der mit dem ersten Gleich- einem ebenfalls nicht dargestellten Dreiphasennetz richter (11) gleichspannungsseitig in Reihe geschal- über die Sekundärwicklung eines Netztransformators 1 tet ist und der wechselspannungsseitig über Strom- 40 gespeist

übertrager (7) von dem Netz, an das der Netzstrom- An die maschinenseitigen Ausgänge des Stromrich-

richter (2) angeschlossen ist, gespeist wird. ters 4 sind Sekundärwicklungen von Spannungstrans-

formatoren 5 angeschlossen. Die Primärwicklungen der

Spannungstransformatoren 5 liegen an einer Einrich-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kommutierungs- 45 tung 12 zur Abgabe von Kommutierungsimpulsen, die

einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. vorzeichengerecht als eine die Kommutierung des Stro-

Eine derartige Einrichtung ist durch die DE-AS mes bei den Stromrichter-Ventilen 4.1 bis 4.6 bewirken-

42 411 bekannt. Die Energie für die Kommutierungs- de Zusatzspannung in die jeweilige Phase RST einspeis·

impulse wird dabei von aus einer Gleichspannungsquel- bar sind. Die Einrichtung 12 zur Abgabe der Kommutie-

Ie aufladbaren Kondensatoren bereitgestellt, die an die so rungsimpulse besteht aus synchron mit den Stromrich-

Primärseite der Spannungstransformatoren angeschlos- terventilen angesteuerten, als Thyristoren ausgebilde-

sen sind. Da die Kommutierungsimpulse eine für die ten Kommutierungsventilen 12.1 bis 12.6, Dioden 12.7

Kommutierung ausreichende Spannungszeitfläche auf- bis 12.12 sowie Kondensatoren 12.13 bis 12.15. Alle Pri-

weisen müssen, ist sicherzustellen, daß die Kondensato- märwicklungen der Spannungstransformatoren 5 wei-

ren die erforderliche Kapazität besitzen und auch stets 55 sen Mittelanzapfungen auf. Die Primärwicklungen sind

ausreichend aufgeladen sind. dabei derart in Reihe geschaltet, daß ein ununterbroche-

In der DE-OS 15 88 752 ist eine Kommutierungsein- ner Versorgungsgleichstrom von einer Quelle für diesen richtung beschrieben, bei der eine ebenfalls von einem Versorgungsgleichstrom über die Kommutierungsven-Kommutierungskondensator zu liefernde Kommutie- tile abwechselnd der einen oder der anderen Endanzaprungsspannung dem maschinenseitigen Ausgang eines eo fung der Primärwicklung zugeführt wird und über die Umrichters zugeführt wird. Mittelanzapfung zu den gesteuerten Kommutierungs-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfa- ventilen der nächsten Primärwicklung fließt,

ehe, nur kleine Kondensatoren benötigende Kommutie- Die Quelle für den Versorgungsgleichstrom ist hier

rungseinrichtung zu schaffen, bei der über die Größe durch eine erste Gleichrichterbrücke 11 und eine mit

des Versorgungsgleichstroms die Größe der Kommu- 65 dieser in Reihe geschaltete weitere Gleichrichterbrücke

tierungsimpulse gesteuert werden kann. 8 gebildet. Die erste Gleichrichterbrücke ist über wech-

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung für eine selspannungsseitige Lastbegrenzungswiderstände 10 an

Kommutierungseinrichtung der eingangs angegebenen einen Anpassungstransformator 9 angeschlossen, der