DE3148918A1

DE3148918A1 - Thyristorumrichter

Info

Publication number: DE3148918A1
Application number: DE19813148918
Authority: DE
Inventors: Risto 05880 Hyvinkää Kontturi; Matti Dipl.-Ing. 05800 Hyvinkää Kähkipuro; Pertti 05830 Hyvinkää Saransaari
Original assignee: Elevator GmbH
Current assignee: Elevator GmbH
Priority date: 1980-12-16
Filing date: 1981-12-10
Publication date: 1982-07-01
Also published as: JPS57122670A; FI803932L; FI65692B; US4466053A; BR8108000A; GB2089590A; FR2496355A1; GB2089590B; FR2496355B1; FI65692C

Description

PATE NTA N WA LT E

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

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Elevator GmbH
Rathausstraße 1

CH-6340 Baar
"Thyristorumrichter"

Gegenstand dieser Erfindung ist ein Thyristorumrichter für eine Lastimpedanz, insbesondere für eine elektrische Maschine mit einer dazu parallelen Serienresonanzschaltung.

Es sind netzkommutierte Thyristorumrichter bekannt, bei denen das Wechselstromnetz das Löschen des stromleitenden Thyristors bewirkt. Die nächstliegende Verwendung von netzkommutierten Thyristorumrichtern sind Gleichstrommotorantriebe. Es gibt auch andere Anwendungsformen für Thyristorumrichter je nach Schaltung der Thyristoren. Beispielsweise kann ein vollgesteuerter Thyristorumrichter auch als Wechselrichter arbeiten. Ferner kann man beispielsweise zwei Thyristorumrichter gegeneinander schalten, wobei man einen Gleichstrommotorantrieb vierquadrantig gestalten kann.

Aus Thyristorumrichterη kann auch ein Zyklokonverter oder sog. direkter Frequenzumformer aufgebaut werden. Im Zyklc~ konverter besteht jede Phase aus zwei netzkommutierten

Thyristorumrichtern in Gegeneinander chaltung. Beispielsweise setzt sich der Zyklokonverter aus sechs Einweg-Dreipuls-Umrichtern zusammen. Die am Zyklokonverter liegende Last ist eine langsamlaufende Wechselstrommaschine. Die an der Last erzeugte Spannung ergibt sich durch Steuern der Thyristorumrichter in jeder Phase unter 120° Phasenwinkel durch eine sinusförmige Stellgröße.

Im vorstehenden wurde über einige Ausführungsformen der Thyristorumrichter berichtet, deren Einsatz jedoch von den Nachteilen eingeschränkt wird, die sich aus der Netzkommutierung der gegenwärtigen Thyristorumrichter ergeben. So erhält man z.B., wenn die Umrichter als Gleichrichter arbeiten, in der Last neben der erwünschten Gleichspannung zusätzlich eine "Vielzahl von Oberwellen. Entsprechend ist beim Zyklokonverterbetrieb die Ausgangsspannung keine reine Sinuswelle; vielmehr enthält sie eine Anzahl von Oberwellen. Sowohl im Gleichstrommotorbetrieb als auch im Zyklokonverterbetrieb bewirken diese Oberwellen eine Einschränkung der Betriebseigenschaften. Infolge der Oberwellen entstehen in der elektrischen Maschine zusätzliche Verluste und verschiedene Kräfte, die Vibrationen und Geräusche hervorrufen sowie das von der Maschine abgegebene Drehmoment beeinträchtigen. Ferner muß man bei Zyklokonvertern die Frequenz der Ausgangsspannung auf recht niedrige Höhe einschränken, damit die Eigenschaften der als Last angeschlossenen elektrischen Maschine nicht allzu stark leiden. Noch ein Nachteil ist der Umstand, daß beim Arbeiten eines Thyristorumrichters als

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Wechselrichter in bestimmten Störungsfällen das sog. Kipp-Phänomen eintreten kann, das hinsichtlich der Thyristoren nahezu einem Kurzschluß gleichkommt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Thyristorumrichter der einleitend genannten Art so weiterzubilden, daß die vorgenannten Nachteile vermieden werden.

Die Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente der Serienresonanzschaltung so gewählt sind, daß die Aufladephase und die Entladungsphase der Schaltung gleiche Dauer haben.

Die Erfindung wird nachfolgend als lastkommutierter Thyristorumrichter bezeichnet - als Gegensatz zum netzkommutierten Thyristorumrichter. Die erfindungsgemäße Problemlösung hat u.a. den Vorteil, daß man bei dem lastkommutierten Thyristorumrichter statt eines Pulses zwei Pulse in die Last hinein erhält. Dabei nähern sich dann die Eigenschaften der Schaltung derjenigen einer beträchtlich kostspieligeren, aus netzkommutierten Umrichtern mit höherer Pulszahl aufgebauten Thyristorschaltung. Allerdings ist im Falle mit Lastkommutierung der letztere Puls dem vorangehenden in Größe gleich und ungesteuert. Beim Vergleich der lastkommutierten Schaltung mit entsprechenden netzkommutierten Schaltungen ist eine klare Überlegenheit der Eigenschaften zu erkennen. Die Kurvenform der Spannung und des Stromes, die man

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in der Last erhält, ist wesentlich besser als bei netzkommutierten entsprechenden Schaltungen, da die durch Oberwellen hervorgerufenen nachteiligen Erscheinungen abgenommen haben. Hierbei hat man auch den Vorteil, daß man im Zyklo;akonverter eine höhere Speisefrequenz anwenden kann. Noch ein weiterer Vorteil ist der Umstand, daß die Möglichkeit des Auftretens des im Wechselrichterbetrieb vorkommenden Kipp-Phänomens wesentlich herabgesetzt ist.

Eine günstige Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente der parallel zur Last hinzugefügten Serienresonanzschaltung derart gewählt sind, daß der in der Entladephase durch die Last hindurchgehende Strompuls die gleiche Größe wie der vom Netz in der Aufladephase in die Last fließende Strompuls hat.

Eine zweite günstige Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn die Schaltelemente der Serienresonanzschaltung so gewählt sind, daß die Dauer der Auflade- und der Entladepha'se l/(2*p*f) beträgt, mit ρ = Pulszahl des Umrichters und f = Netzfrequenz.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Serienresonanzschaltung aus der Reihenschaltung eines Kondensators und einer Drosselspule besteht, deren Werte der Last entsprechend bemessen sind.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Beispiels näher erläutert:

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltung mit zwei gegeneinander geschalteten Thyristorumrichtern,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Schaltung eines Thyristorumrichters mit Zweiweg-Sechspuls-Umrichtern,

Fig. 3 die Prinzipschaltung eines herkömmlichen, netzkommutierten Zyklokonverters mit Einweg-Dreipuls-Umrichtern,

Fig. 4 die Kurvenform des Stroms bei einem herkömmlichen, netzkommutierten Zyklokonverter als Funktion der Zeit und

Fig» 5 die Kurvenform des Stroms als Funktion der Zeit bei einem erfindungsgemäßen lastkommutierten Zyklokonverter.

Die vorliegende Erfindung gründet sich darauf, daß ein normalerweise mit Netzkommutierung arbeitender Thyristorumrichter zur Arbeitsweise mit Lastkommutierung umgewandelt wird. Dies erzielt man durch Hinzufügen einer Serienresonanzschaltung parallel zur Last 4, die als Elektromotorwicklung ausgebildet ist.

Fig, 1 zeigt die Schaltung von zwei in dieser Weise umgebauten, gegeneinandergeschalteten Thyristorumrichtern 5,6. Je nach dem Steuerungsprinzip stellt die Figur entweder einen Gleichstromantrieb oder auch die Schaltung einer Phase in einem Zyklokonverter dar. In Fig. 1 sind Einweg-Dreipuls-Umrichter eingesetzt

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worden. Die Funktion des lastkommutierten Thyristorumrichters wird mit Hilfe der Fig. 1 und 2 deutlich. Wenn beispielsweise der Thyristor Tl oder die Thyristoren TIl und T16 leiten, ergibt sich ein Strompfad über die Resonanzschaltung 1 und die Last 4. Durch die Thyristoren fließt der Strom sowohl der Last als auch der Resonanzschaltung. Hierbei wird die Resonanzschaltung 1 aufgeladen, die aus mindestens einem Kondensator 2 und mindestens einer Drosselspule 3 besteht, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Die Resonanzschaltung 1 kann jedoch nicht über die obengenannten Thyristoren Tl, TIl und T16 entladen werden, da diese für den Entladestrom in Sperrichtung liegen. Die Resonanzschaltung 1 wird sich also durch die Last hindurch entladen. Sobald der Entladestrom der Resonanzschaltung die Höhe des Laststroms erreicht hat, ist der durch die Thyristoren Tl bzw.TIl und T16 fließende Strom Null, und diese Thyristoren erlöschen. Der Strom fließt jetzt in dem von der Resonanzschaltung 1 und von der Last 4 gebildeten Kreis. Wenn dann die nächsten Thyristoren, z.B. T2 oder TIl und T12,gezündet werden, wiederholt sich der Vorgang mit diesen Thyristoren. Es ist wichtig, daß die Komponenten 2,3 der Resonanzschaltung erfindungsgemäß gewählt sind.

In Fig. 4 und 5 sind die Kurvenformen des Stroms für einen netzkommutierten bzw. einen lastkommutierten Zyklokonverter wiedergegeben. Die Verbesserung der Kurvenform geht aus den Figuren deutlich hervor.

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Gegenüber der erfindungsgemäßen Problemlösung z.B. mit einem mit Geräuschdämpfungskreis versehenen thyristorgesteuerten Elektromotorantrieb (finnische Patentanmeldung Nr. 793301) ergeben sich das völlig verschiedene Punktionsprinzip und ein verschiedenes Bemessungsprinzip, obgleich bei beiden Umrichtern parallel zur Last eine Serienresonanzschaltung vorgesehen ist.

Es ist dem Fachmann einleuchtend, daß sich die verschiedenartigen Ausführungsformen der Erfindung nicht allein auf den Thyristorumrichter gemäß dem obenstehend dargelegten Beispiel beschränken, und daß vielmehr die verschiedenen Ausführungsformen im Rahmen der Patentansprüche variieren können.

Claims

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Ansprüche

(1./Thyristorumrichter für eine Lastimpedanz, insbesondere für eine elektrische Maschine, mit einer dazu parallelen Serienresonanzschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (2,3) der Serienresonanzschaltung (1) so gewählt sind, daß die Aufladephase und Entladephase der Schaltung gleiche Dauer haben.

ο Thyristorumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schaltelemente (2,3) der parallel zur Last hinzugefügten Serienresonanzschaltung (1) so gewählt sind, daß der in der Entladephase durch die Last (4) fließende Strompuls die gleiche Größe wie der vom Netz in der Aufladephase zur Last (4) fließende Strompuls hat.

3. Thyristoumrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (2,3) der Serienresonanzschaltung (1) so gewählt sind, daß die Dauer der Entlade- und der Aufladephase l/(2'p^#f) beträgt mit ρ = Pulszahl des Richters und f = Netzfrequenz.

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4. Thyristorumrxchter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienresonanzschaltung (1) aus der Reihenschaltung eines Kondensators (2) und einer Drosselspule (3) besteht, deren Werte der Last (4) entsprechend bemessen sind.