DE3009994A1

DE3009994A1 - Steuerung von stromrichtergespeisten drehstrommotoren mit schneller umschaltung von treiben auf bremsen

Info

Publication number: DE3009994A1
Application number: DE19803009994
Authority: DE
Inventors: Harald Ing.(Grad.) Lautz; Klaus Ing.(grad.) 1000 Berlin Wegener
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1980-03-13
Filing date: 1980-03-13
Publication date: 1981-09-24
Also published as: DE3009994C2

Description

Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemaß den Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Anordnung ist aus "Technische Mitteilungen" AEG-TELEFUNKEN 67 (1977),Heft 1, Seiten 6 bis 11 bekannt.
Mit dieser bekannten Anordnung wird für den stationoren netr-und auch-bei langsamen Verstellgeschwindigkeiten eine Spannungsregelung mit den beiden netzgeführten Stromrichtern und eine Frequenzsteuerung mit dem selbstgeführten Stromrichter vorgenommen. Der eine netzgeführte Stromrichterübernimmt dabei die Energierichtung beim motorischen Betrieb (Treiben) und der ism antiparallelgeschaltete Stromrichter die Energierichtung bein generatorischen Betrieb (Bremsen).
Bekannt ist ebenfalls, daß bei schnellen Verstellgeschwindig keiten die Energie beim Bremsen in einem über einen Schalter einschaltbaren ohmschen Widerstand in Wärme umgesetzt wird (vgl. Heumann/Stumpe 'tThyristoren", B.G. Teubner, Stuttgart 1969, Seite 198). Der Widerstandsschalter ist im Zwischenkreis parallel zum Eingang des selbstgeführten Stromrichters ar;zuor4-nen.
Wird aus betrieblichen Gründen das Treiben und Bremsen der vom Umrichter gespeisten Drehstrommotoren periodisch wiederholt und wird außerdem eine sehr hohe Frequenzverstellgeschwindig keit gefordert, so muß der größte Teil der Bremsenergie in dem ohmschen Widerstand des Widerstandsschalters nutzlos verheizt werden, um den Zwischenkreis vor Uberspannungen zu schützen. lf zur netzgeführte Stromrichter kann nämlich die Bremsenergle in dif Fällen nicht zur Weiterleitung ins Netz übernehmen, weil er durch den Zwischenkreis vom selbstgeführten Stromrichter enkoppelt ist, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, die ein häufiges schnelles Umschalten von motorischer auf generatorische Betriebsart der Drehstrommotoren ermöglicht, ohne daß unnötigerweise alle Bremsenergie in Warme umgesetzt werden muß oder daß Uberspannungen im Zwischenkreis auftreten.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Anordnung zur Steuerung eines Umrichters der eingangs genannten Art durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Durch die damit möaiche abwechselnde Ansteuerung der antiparallelen, netzgeführten Stromrichter als auch des Widerstandsschalters werden optimale Spannungen für die Drehstrommotoren vorgegeben: Beim Umschalten auf generatoriscfie Betriebsart ist der Widerstandsschalter sofort kurzzeitig ein geschaltet, was wichtig bei Frequenzsprüngen ist; anschließend führt dann der Netzstromrichter den Bremsstrom, so daß die restliche Bremsenergie in das Netz zurückgespeist wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung nach der rfindung ist im Anspruch 2 angegeben. Der Schalter für den ohmsche Widerstand muß beim Umsteuern der Drehstrommotoren vom 'reibeYn auf das Bremsen sofort angesteuert werden, was durch die Kipp stufe mit der höheren Ansprechamplitude erfolgt, wenn die eingestellte Zwischenkreisspannung überschritten wird. Die 2nvere Kippstufe mit der kleineren Ansprechamplitude bewirkt arschliessend eine Umschaltung der netzgeführten Stromrichter, die trotzt der kleineren Ansprechamplitude dieser Kippstufe später erfolgt, da die netzgeführten Stromrichter durch den Gleichspannungszwischenkreis vom selbstgeführten Stromrichter entkoppelt sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung nach der Erfindung ist im Anspruch 3 angegeben. üblIcherweise erfolgt: die Betätigung der Umschaltautomatik für die netzgeführten Strom richter über die Polarität des Spannungsreglers für die Zwischenkreisspannung. Mit der separaten Kippstufe läßt sich eine schnelle Umschaltung erreichen; man gewinnt nämlich einen zusätzlichen Freiheitsgrad, da der Regler schon dynar-,isch an den Betriebszustand der Drehstrommotoren angepaßt sein muß.
Bei kleinen Verstellgeschwindigkeiten wird in bekannter Weise das Treiben und das Bremsen nur über die Netzstromrichter ohne Einschaltung des Widerstands ablauf, wel in diesen Fällen die Ansprechspannung der den Widerstandsschalter steuernden Kippstufe im Zwischenkreis nicht überschritten wird.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Es zeigc Figur 1 ein Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung Figur 2 die vorgegebene Steuerspannung für den Antrieb von Drehstrommotoren und Figur 3 den zeitlichen Verlauf der Zwischenkreisspannung für eine Anordnung gemäß der Erfindung.
In Figur 1 sind zwei netzgeführte, antiparallel zueinander geschaltete Stromrichter 1, 2 gezeigt, die mit einem Drehstromnetz U, V, W wechselspannungsseitig verbunden sind. Gleichstromseitig sind die beiden Stromrichter 1 und 2 an einen Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen, der Glättungsdrosseln 3 und einen Zwischenkreiskondensator 4 enthält. Dieser Gleichspannungszwischenkreis mit der variablen Zwischenkreisspannung UD entkoppelt einen selbstgeführten Stromrichter 5 von den Netzstromrichtern 1 und 2. Die wechselspannungsseitigen Ausgänge U', V', W des Stromrichters 5 speisen einen oder mehrere Drehstrommotoren M mit variabler Spannung und Frequenz.
Die Frequenzsteuerung für den selbstgeführten Stromrichter 5 erfolgt über ein Einstellglied 6 (Potentiometer) mit d e den nungsführungsgröße UF, einen Steilheitsbegrenzer 7, einen Spn nungs-Frequenz-Umsetzer 9 und einen Zündimpulsgeber 90 für die Tnyristoren des Stromrichters 5.
Die Spannungsregelung der netzgeführten Stromrichter 1 d 2 wird über einen Spannungsregler 12, eine Umschaltautomatik 2 für wahlweise Energierichtung beim Treiben oder Bremsen der Drehstrommotoren M und zwei Zündimpulsgeber 14 und 15 für die Thyristoren der Stromrichter 1 und 2 durchgeführt. Ein Erfassungsglied 11 für die Zwischenkreisspannung UD bildet die Regelgröße ab und leitet sie einem ersten Summierungspunkt 12a zu, der die Spannungsregelgröße (UD) mit der über den Steilheitsbegrenzer 7 hergeleiteten Spannungsführungsgrörte (UF) vergleicht.
Durch einen Generator 8 wird an einem hinter dem Steilheitsbegrenzer 7 vorgesehenen weiteren Summierungspunkt 8o der Spannungsführungsgröße UF eine periodische Spannung über lagert, die der gewünschten betriebsmäßigen Führung der Motoren M entspricht. Diese kann z.B. die in der Figur 2 gezeigte Kurvenform UG aufweisen. Da die Frequenz f,XR des selbstgeführten Stromrichters 5 proportional zu dieser Spannung verläuft (UF + UG #fWR, siehe Figur 2), wird bei den angeschlossenen Drehstrommotoren M erreicht, daß bei Frecuenzsprüngen, die sich innerhalb seines Kippschlupfes bewegen, sofort ein Umsteuern der Betriebsart "Treiben" auf "Bremsen" oder umgekehrt erfolgt.
Damit kehrt sich jeweils die Energierichtung um. Der Bremsstrom würde dann den Zwischenkreiskondensator 4 überladen.
Hier greift die Erfindung ein. Zum einen wird der Netzstrorr;-richter 1 oder 2 beim Erreichen eines einstellbaren Anoprechwerts einer Kippstufe 17 von Treiben auf Bremsen umeschaltet.
Die Einstellung des Ansprechwerts der Kippstufe erfolgt dabei über ein Potentiometer 16 (Spannung UD1) und einen Sumriierursspunkt 16a, dem auch die Zwischenkreisspannung UD zugeführt ist.
Zum andere ist eine weitere Kippstufe 19 vorgesehen, die er einen Impulsgeber 20 einen Schalter 21 (Schaltthyristor) ansteuert, sobald während der Umschaltphase die Ansprechspanrurg der Kippstufe 19 erreicht wird. Dieser Ansprechwert für die Kippstufe 19 wird über ein Potentiometer 18 (Spannung UD2) und einen weiteren Vergleichspunkt 18a eingestellt, dem ebenfalls die Zwischenkreisspannung zugeführt ist. Die Ansprechamplitude für die Kippstufe 17 ist auf einen niedrigeren Wert als die Ansprechamplitude für die Kippstufe 19 e½gestellt.
der von Mittels des Schalters 21 wirdiden Notoren M über den selbstgeführten Stromrichter 5 in den Zwischenkreis fließende Bremsstrom zunächst über einen Widerstand 22 geleitet, so daß dcrt überschüssige Bremsenergie in Wärme umgesetzt wird. Der aus dem Schalter 21 und dem Widerstand 22 bestehende Widerstandsist schalter dafür so dimensioniert, daß er die Zwischenkreisspannung und damit die Drehstrommotorenspannunc£ solange ajf zulässige Werte begrenzt, bis der antiparallele Stromrichter den Strom ID jeweils während des Umschaltvorgancs übernommen hat. Diese Übernahme kann bei Frequenzsprüngen trotz der niedrigeren Ansprechamplitude der die Netzstromrichter unsteuernden Kippstufe 17 nicht sofort erfolgen, da die Reaktanzen des Zwischenkreises dieses verhindern.
In Figur 3 ist gezeigt, wie der idealisierte zeitliche Verlauf der Zwischenkreisspannung Ug aussieht. Während der Betriebsart "Treiben" (T) führt der Stromrichter 1 den Wirkstrom, bei der Betriebsart "Bremsen" (B) übernimmt kurzzeitig der Widerstand 22 den Strom, der anschließend über den Strom richter 2 in das Netz fließt.

Claims

Steuerung von stromrichtergespeisten Drehstrommotoren mit schneller Umschaltung von Treiben auf Bremsen Patentansprüche Anordnung zur Steuerung eines Umrichters, der über zwei antiparallelgeschaltete, netzgeführte Stromrichffier, eiricn Gleichspannungszwischenkreis und einen selbstgeführten Stromrichter Drehstrommotoren mit einem vorgegebenen Spannungs-Frequenzverhältnis speist und bei dem eine Umschaltautomatik zur Umschaltung des einen netzgeführten Stromrichters auf den anderen beim Übergang der Drenstrommotoren vom Treiben auf das Bremsen vorgesehen ist, dadurch qekennzeichnet, daß parallel zum Eingang des selbstgeführten Stromrichters (5) ein mit einem ohmschen Widerstand (22) in Reihe liegender Schalter (2a) vorgesehen ist, durch den der Widerstand (22) beim Übergang der Drehstrommotoren (M) vom Treiben auf das Bremsen eingeschaltet wird, solange die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis einen einstellbaren Wert überschreitet.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch qekennzeichnet, daß zwei Kippstufen (17, 19) vorgesehen sind, die beide in einem einstellbaren unterschiedlichen Spannungsabstand über einer vorgegebenen Zwischenkreisspannung ansprechen, wobei die Kippstufe (17) mit der kleineren Ansprechamplitude die Umschaltautomatik (13) der netzgeführten Stromrichter (1, 2) und die Kippstufe i'19) mit der größeren Ansprechamplitude den Schalter (21) ansteuert.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ansteuerung der Umschaltautomatik (13) beim Umschalten von Treiben auf Bremsen oder umgekehrt eine separate Kippstufe vorgesehen ist, die unabhängig von der Polarität der Ausgangsspannung des Spannungsreglers (12) die beiden netzgeführten Stromrichter (1, 2) einschaltet.