DE3141249A1

DE3141249A1 - Direktumrichter mit frequenzabhaengiger stromgrenze

Info

Publication number: DE3141249A1
Application number: DE19813141249
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Dipl.-Ing. Fink; Helmut Ing.(grad.) 1000 Berlin Linsenmaier
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-10-14
Filing date: 1981-10-14
Publication date: 1983-04-28

Description

Direktumrichter mit frequenzabhängiger Stromgrenze
Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf den Schutz eines aus Thyristor-Stromrichtern gebildeten Direktumrichters gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
An der Stromführung einer Phase eines aus Thyristoren aufgebauten Direktumrichters sind üblicherweise zwei gleiche, gegenparallel geschaltete Stromrichter beteiligt Jeder Stromrichter wird dabei nur mit einer Polarität des Stromes belastet; Die thermische Auslegung der Stromrichter kann nach dem Mittel-und Effektivwert des Stromes einer Polarität erfolgen. Für sinusförmige Ströme ergeben sich Mittelwert = 1/# . Stromamplitude und 1 Effektivwert = . Stromamplitude.
2 Bedingt durch die thermischen Zeitkonstanten der den Thyristoren zugeordneten Sicherungen und Kühlkbrper sowie der Thyristoren selbst schwanken deren Temperaturen mit der Frequenz. Es erfolgt ein Aufheizen während der Stromführungszeit und ein Abkühlen während der Strompause. Die Temperaturschwankungen werden mit kleinerer Frequenz größere Diese Verhältnisse sind in Figur 1 für den Stromverlauf i5 und den über der Zeit t bei steigender Frequenz für einen Stromrichter gezeigt. Für die Frequenz Null müssen die o.g. Stromrichterbauteile für den maximal zu erwartenden Strom dS als Dauerstrom ausgelegt werden.
Aus "Technische Mitteilungen AEG-Telefunken"63 (1973) Heft 7, Seiten 36 bis 40 ist es bekannt, eine elektronische Nachbildung der thermischen Verhältnisse im Thyristor ode Z erung einzusetzen, um beim Erreichen der vorgegebenen Maximaltemperatur den zulässigen Strom zu senken.
Der dreiphasige Direktumrichter hat mindestens sechs Stromrichter, deren Temperaturen bedingt durch unterschiedliche Startphasen des Stromverlaufes durchaus unterschiedliche Werte annehmen können.
Bei Einsatz der bekannten thermischen Nachbildung bedeutet das einen erheblichen Aufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Aufwand zu redu zieren.
Diese Aufgabe wird für einen Schutz der eingangs angegebenen Art gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Der Aufwand für den thermischen Schutz der Thyristoren wird somit erheblich verringert, während die thermische Auslegung der Thyristoren, Sicherungen und Kühlkörper nach den günstigeren Werten bei höheren Frequenzen erfolgen kann, weil der maximal mögliche Strom für kleine Frequenzen begrenzt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung 4 den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden Es zeigen Figur 2a ein Prinzipschaltbild zur frequenzabhängigen Begrenzung der Stromführungsgrößen eines Direktumrichtes mit einem Schwellwertglied, Figur 2b eine Grenzwertkennliniengeber als Ersatz des Schwellwertgliedes nach Fig. 1 und Figur 3 eine Kennlinie für die maximale Strom amplitude in Abhängigkeit von der Umrichterfrequenz.
Gemäß Figur 2a werden den einen Eingängen dreier Multiplizierer 1,2,3 die Stromführungsgrößen iRW', iSW', iTW' zur Steuerung des Stromes in den drei Phasen eines Thyristor-Stromrichters zugeführt. Die Ausgangsgrößen iRW, isw, iTW der Multiplizierer 1,2,3 werden außer der Steuerung des Stromrichters auch einem Betragsbildner 4 eingegeben. Der Ausgang des Betragsbildners 4 liefert eine Ausgangsgröße A.
Ferner ist ein von der Höhe der Frequenz f des Direktumrichters gesteuertes Schwellwertglied 5 vorgesehen. Dieses weist eine Schaltschwelle bei einer Mindestfrequenz fmin auf. Die Frequenz kann z0B. mit einem nichtgezeigten Tachogenerator an einer vom Direktumrichter gespeisten Antriebsmaschine gemessen werden, Das Schwellwertglied 5 liefert eine Ausgangsgr0ße K0 Diese Ausgangsgröße K wird negativ unter Vergleich mit der positiv bewerteten Ausgangsgröße A des Betragsbildners 4 einem Grenzwertregler 7 zugeführt. Der Grenzwertreqler 7 ist in üblicher Weise mit einer Kapazität und einer Diode beschaltet Der Ausgang des Grenzwertreglers 7 ist mit den anderen Eingangen der Multiplizierer 1,2,3 verbunden.
Die Amplitude der der Steuerung des Stromrichters vorgegebenen, dreiphasig um 120° versetzten Stromführungsgrößen i iRW, iSW, iTW am Ausgang der Multiplizierer 1,2,3 wird infolge der Funktion des Schwellwertgliedes 5 für kleinere Frequenzen f auf den Wert K begrenzt. Erst bei einer Mindestfrequenz imins also der Schaltschwelle des Schwellwertgliedes 5, wird die maximale Stromamplitude A zugelassen. Es gilt A sinkt für At K K sinkt für A> K.
Das Schwellwertglied 5 kann durch einen frequenzabhängig gesteuerten Kennliniengeber 6 ersetzt werden, wie ihn Figur 2b zeigt. Dieser Kennliniengeber 6 schreibt für jede Frequenz f eine maximale Stromamplitude ismax als Grenzwertkennlinie K - ismax = g (f) vor. Eine derartige Kennlinie ist in Figur 3 gezeigt.
Falls in einer übergeordneten Steuerung oder Regelung die Stromamplitude als Gleichwert vorliegt, ist die Stromgrenze durch einfache Begrenzung eines Operätiöns-Vtärkers noch wesentlich leichter zu realisieren. Diese Kennlinie kann durch Rechnung oder Messung ermittelt werden.
Für schweranlaufende Antriebe (z.B. Födermaschinen) ist es u.U.
günstig, in der Nähe der Frequenz Null einen erwünschten Beschleunigungsstrom zu mindern und den damit verursachten Verzug durch leichte Feldschwächung und größeren Strom während der Konstantfahrt aufzuholen.
Walzwerksantriebe führen bei der Drehzahl Null üblicherwiese keinen Laststrom, so daß die Schutzeinrichtung hier besonders mit Vorteil eingesetzt werden kann.
L e e r s e i t e

Claims

Direktumrichter mit frequenzabhänger Stromgrenze Patentansprüche . 1. Schutz eines aus Thyristcr-Stromrichtern gebildeten $Direktrichters vor thermischer oberlastung gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die bei niedrigen Frequenzen die der Steuerung der Stromrichter vorgegebene Amplitude der Stromführungsgröße begrenzt und erst ab einer Mindestfrequenz (fmin) die nach der Auslegung der Stromrichter maximale Stromamplitude durch die Führungsgröße zuläßt0 2. Schutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß - die der Steuerung der einzelnen Phasen der Stromrichter zugeordneten Stromführungsgrößen (iRW', i'sw, i'Tw) über die einen Eingänge von Multiplizierern-( 1,2,3) geführt werden, deren Ausgangs größen (iRW, isw, iTw) außer der Steuerung der Stromrichter auch einem Betragsbildner (4) zugeführt sind, ein von der Höhe der Frequenz (f) des Direktumrichters gesteuertes, eine Schaltschwelle bei der Mindesfrequenz (fmin) aufweisendes Schwellwertglied (5) vorgesehen ist, dessen negativ bewertete Ausgangsgröße (K) unter Vergleich mit der positiv bewerteten Ausgangsgröße (A) des Betragsbildners (4) einem Grenzwertregler (7) zugeführt ist und der Ausgang des Grenzwertreglers (7) mit den anderen Eingängen der Multiplizierer (1,2,3) verbunden ist.

3. Schutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwellwertglied (5) durch einen frequenzabhangig gesteuerten Kennliniengeber (Fig. 2b) ersetzt ist, der für jede Frequenz (f) eine maximale Stromamplitude(is max) vorschreibt.

4. Schutz nach Anspruch 1 mit einer übergeordneten Steuerung oder Regelung des Direktumrichters, bei der die vorgebbare Stromamplitude als Gleichwert vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung der Amplitude des Stromes mittels eines begrenzenden Operationsverstärkers vorgesehen ist.