DE3335222A1 - Verfahren zur ansteuerung eines selbstgefuehrten wechselrichters - Google Patents

Verfahren zur ansteuerung eines selbstgefuehrten wechselrichters

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Description

  • Verfahren zur Ansteuerung eines selbstgeführten
  • Wechselrichters Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren-zur Ansteuerung eines selbstgeführten Wechselrichters-gemäß gemäßdem-Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein solches Verfahren zur Ansteuerung eines selbstgeführten Wechselrichters ist aus R. Jötten, "Leistungselektronik", Band 1, Vieweg-Verlag, Braunschweig, 1977, Seite 262, Bild 18.18 bekannt. Im bekannten Fall erfolgt die Löschung der steuerbaren Halbleiterventile durch eigene Löschschaltungen (Kommutierungseinrichtungen).
  • Bei Einsatz von über den Steuer-anschluß (Gatej abschaltbaren (turn off) Thyristoren (GTO-Thyristoren) werden zwar besondere Kommutierungseinrichtungen für den normalen Betrieb nicht mehr benötigt, jedoch sind die Schutzprobleme im Fehlerfall noch schwieriger zu lösen als bei Thyristor-Wechselrichtern mit besonderen -Kommutierungseinrichtungen, weil die Durchlaßverluste der GTO-Thyristoren prinzipiell höher sind als bei nicht abschaltbaren Thyristoren.
  • Der schwerwiegendste Störungsfall ist die sogenannte Durchzündung, wenn die Hauptthyristoren ungewollt gleichzeitig leiten und dadurch den Gleichspannungskreis kurzschließen. Als Folge eines solchen Kurzschlusses entwickelt eine als Last an den selbst geführten Wechselrichter angeschlossene Asynchronmaschine kurzzeitig über die zu den Hauptthyristoren antiparallel liegenden Dioden einen dreipoligen Kurzschlußstrom. In Betriebspunkten mit vollem Maschinenfluß muß bei leistungsstarken Anlagen die Höhe dieses Stoßkurzschlußstromes durch Vordrosseln begrenzt werden, um mechanische Schäden am Antrieb zu vermeiden. Die Vordrosseln verringern außerdem bei Betrieb mit vollem Maschinenfluß in gewünschter Weise die durch die Pulsmodulation der Wechselrichterspannung bedingten höheren Harmonischen des Motorstromes.
  • Im normalen Betrieb mit höchster Wechselrichterspannung ist dagegen die von der Vordrossel verursachte strom-und frequenzproportionale Verringerung der Spannungsgrundschwingung an der Asynchronmaschine an und für sich unerwünscht, weil sie eine starke Abnahme des Kippmomentes bewirkt. Deshalb muß entweder die Induktivität der zwischen zwei Ventilpaaren angeordneten Vordrosseln klein im Verhältnis zur Lastinduktivität ausgelegt werden - was jedoch für den betrachteten Störungsfall der Durchzündung von Nachteil ist, da die Anstiegssteilheit des sich ausbildenden Kurzschlußstromes nur unzureichend begrenzt wird - oder zusätzliche Wechselstrom-Vordrosseln werden bei Betrieb im Feldschwächbereich über Schalter kurzgeschlossen, sobald der Maschinenfluß soweit verringert ist, daß der im beschriebenen Störungsfall auftretende Stoßkurzschlußstrom auch ohne Vordrossel den zulässigen Wert nicht mehr übersteigen kann.
  • Derartige Schalter sind jedoch aufwendig und einem Ver- schleim unterworfen.
  • Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung eines selbstgeführten Wechselrichters der eingangs genannten Art anzugeben, das eine geringe Störungsbeeinflussung bzw. einen guten Störungsschutz der Halbleiterventile und der Last ohne den aufwendigen Einsatz zusätzlicher Schalter gewährleistet, wobei allein durch Steuerungsmaßnahmen und ohne Kommutierungseinrichtungen löschbare Halbleiterventile vorzusehen sind.
  • Diese Aufgabe wird durch im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Induktivität der zwischen zwei Ventilpaaren angeordneten Drosselspulen nicht mehr klein gegenüber der Lastinduktivität sein muß. In Verbindung mit dem neuen Steuerverfahren kann die Induktivität der Vordrosseln im Gegenteil beliebig groß gewählt werden, so daß z.B. im Störungsfall keine zusätzlichen Wechselstrom-Vordrosseln zur Begrenzung der Last-StoRkurzschlußströme mehr benötigt werden. Durch das neue Steuerverfahren wird weiter erreicht, daß im Feldschwächbereich keine unerwünschten frequenz- und stromproportionale, die Lastspannung vermindernde Spannungsfälle an diesen Drosseln auftreten, so daß die bisher benötigten Schalter zum Kurzschließen der Drosseln entfallen können.
  • Die durch den Einsatz von allein durch SteuerungsmaBnahmen löschbaren Halbleiterventilen bewirkten Einsparungen werden vorteilhaft nicht durch einen -Mehraufwand bei den Schutzreinrichtungen aufgezehrt.
  • Allein durch steuerungstechnische Maßnahmen wird im Normalbetrieb die Wirksamkeit der Vordrosselinduktivität vorteilhaft stetig vom vollen Wert bis auf Null so verändert, daß einerseits die höheren Harmonischen der Lastströme so weit wie möglich begrenzt werden und daß andererseits eine zusätzliche Verringerung des Kippmomentes der Asynchronmaschine bei starker Feldschwächung vermieden wird.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
  • Es zeigen: Fig. 1 einen selbstgeführten Drehstromwechselrichter, Fig. 2 die Zeitverläufe der wichtigsten elektrischen Größen eines Stranges des Drehstromwechselrichters bei Grundfrequenztaktung.
  • In Fig. 1 ist ein selbstgeführter Drehstromwechselrichter dargestellt. Der Wechselrichter weist zünd- und löschbare gesteuerte Halbleiterventile la, 1b, ic, 1d, le, if, beispielsweise GTO-Thyristoren, sowie ungesteuerte Halbleiterventile 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, beispielsweise Gleichrichterdioden, auf. Die Halbleiterventile la...lf sind allein durch Steuerungsmaßnahmen und ohne Kommutierungseinrichtungen ein- und ausschaltbar.
  • Im einzelnen sind die Kathoden der beiden Ventile la,2a miteinander verbunden und bilden einen Anschlußpunkt A.
  • Die zusammengeschalteten Anoden der Ventile lb,2b bilden einen Anschlußpunkt B, die verbundenen Kathoden der Ventile lc,2c einen Anschlußpunkt C und die zusammengeschalteten Anoden der Ventile ld,2d bilden einen Anschlußpunkt D. Die verbundenen Kathoden der Ventile e,2e bilden einen Anschlußpunkt E und die Anoden der Ventile lf,2f einen Anschlußpunkt F.
  • Zwischen den beiden Anschlußpunkten A und B ist eine Vordrossel 3r angeschlossen. In gleicher Weise liegen zwischen den Anschlußpunkten C und D eine Vordrossel 3s sowie zwischen den Anschlußpunkten E und F eine Vordrossel 3t. Diese Vordrosseln 3r bzw. 3s bzw. 3t weisen jeweils eine Mittenanzapfung auf, die die Drosseln jeweils in zwei Hälften, nämlich Teilwicklungen 3a, 3b bzw. 3c, 3d bzw. 3e, 3f aufteilen. Die Induktivität dieser Teilwicklungen 3a...3f beträgt jeweils L.
  • Die Anoden der Ventile la, ic, le sind mit den Kathoden der Ventile 2b, 2d, 2f verbunden und liegen gemeinsam am Pluspol P einer speisenden Gleichspannungsquelle 4. An den Minuspol M dieser Gleichspannungsquelle 4 sind die Kathoden der Ventile 1b, 1d, if sowie die Anoden der Ventile 2a, 2c, 2e angeschlossen.
  • Bei den jeweils rechts liegenden Wicklungsenden der Vordrosseln 3r, 3s, 3t sind die damit verbundenen gesteuerten Ventile la, ic und le also so angeschlossen, daß sie Ströme vom Pluspol P der speisenden Gleichspannungsquelle 4 zu den Vordrosseln durchlassen können. Die zugehörigen ungesteuerten Ventile 2a, 2c, 2e sind dagegen so mit dem Minuspol M der speisenden Gleichspannungsquelle 4 verbunden, daß nach Ausschaltung der zugeordneten gesteuerten Ventile den Vordrosseln zufließende Ströme vom Minuspol M her weiterfließen können. Bei den jeweils links liegenden Wicklungsenden der Vordrosseln 3r, 3s, 3t sind dagegen die gesteuerten Ventile 1b, 1d, if mit dem Minuspol M und die ungesteuerten Ventile 2b, 2d, 2f mit dem Pluspol P der speisenden Gleichspannungsquelle 4 verbunden.
  • Die Speisegleichspannung der Spannungsquelle 4 beträgt 2E. Das Mittenpotential der Spannungsquelle 4 ist mit N bezeichnet. Zwischen den beiden Gleichspannungsanschlüssen P und M der Quelle 4 liegt ein Glättungskondensator 5 mit der Kapazität C.
  • Zwischen Pluspol P und Minuspol M ist desweiteren eine Serienschaltung bestehend aus einem Kurzschlußschutzthyristor 6, einem Schutzwiderstand 7 und einer Schutzdrossel 8 angeordnet. Die Induktivität der Drossel 8 beträgt LS und der ohmsche Widerstandswert des Schutzwiderstandes 7 ist mit R7 bezeichnet.
  • Dieser Parallel-Kurzschlußweg dient zur Begrenzung der Kurzschlußstrombeanspruchung der zünd- und löschbar gesteuerten Halbleiterventile la...?f, z.B. bei gleichzeitig gezündeten Ventilen im Kurzschlußfall. Die Schutzdrossel 8 beschränkt die Anstiegssteilheit des Stromes im Schutzthyristor 6, der Widerstand 7 sorgt für eine fast aperiodische Dämpfung der Kurzschlußvorgänge.
  • -en Die Mittenanzapfung der Vordrosseln 3r, 3s, 3t bilden jeweils Lastanschlußpunkte R, S, T einer Last 9. Als Last 9 dient im Ausführungsbeispiel ein dreiphasiger Asynchronmotor. Das Verhalten dieses Motors kann vereinfacht durch die Reihenschaltung jeweils einer Wechselspannungsquelle 10r, 10s, 10t mit jeweils einer Lastdrossel 11r, lis, ilt pro Strang beschrieben werden. Die drei Stränge sind in Sternschaltung miteinander verbunden, wobei der dadurch gebildete Laststernpunkt mit 0 bezeichnet ist. Die Induktivität der Lastdrosseln beträgt jeweils Lv. Die inneren Gegenspannungen der Wechselspannungsquellen 1ohr, lOs, 10t sind mit eR, es, eT bezeichnet.
  • Der über den Lastanschlußpunkt R in die Last 9 fließende Laststrom beträgt 2iq, sein Scheitelwert 2iq. Der über den anschlußpunkt A in die Vordrossel 3r fließende Strom ist mit id + iq bezeichnet, wobei id der Vordrossel-Magnetisierungsstrom und id dessen Mittelwert ist.
  • Der aus der Vordrossel 3r in den Anschlußpunkt B fließende Strom beträgt id - iq.
  • Zur ansteuerung der Halbleiterventile 1a...1f, d.h. zu deren Zündung und Löschung, ist eine Steuereinrichtung 12 vorgesehen, die eingangsseitig durch einen Gleichstromregler 13 beeinflußbar ist. Das Eingangssignal des Reglers 13 wird mit Hilfe einer Vergleichsstelle 14 gebildet, die die Differenz zwischen einem vorgegebenen Stromsollwert i5011 und einem Stromistwert iist ermittelt.
  • Zur Erfassung der Stromwerte id + iq bzw. id - iq sind Stromerfassungseinrichtungen 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f jeweils zwischen den Anschlußpunkten A, B, C, D, E, F und den zugehörigen Vordrosseln 3r, 3s, 3t vorgesehen.
  • Als Stromistwert iist für die Regelung wird die Summe aus den gemessenen Strömen id + iq und id - iq herangezogen, als Stromsollwert i5011 dient eine dem Scheitelwert 24q des Laststromes entsprechende Gleichgröße.
  • Zur Erklärung der Wirkungsweise von Schaltung und Steuerverfahren sind in Fig. 2 für den beispielhaften Fall L/Lv = 0,5 die Zeitverläufe der wichtigsten elektrischen Größen eines Stranges der dreiphasigen Anordnung bei sogenannter Grundfrequenztaktung beispielhaft dargestellt.
  • Kennzeichnend für den Betriebszustand der Grundfrequenztaktung ist, daß die beiden einem Strang zugeordneten gesteuerten Ventile, z.B. la und lb, wechselweise nur einmal pro Spannungshalbschwingung ein- und ausgeschaltet werden.
  • Unter Vernachlässigung von Spannungsfällen an den Vordrossel-Teilwicklungen 3a, 3b hat die gegen das Mittenpotential N gemessene Spannung UiRN des Lastanschlußpunktes R den in Fig. 2 gestrichelt dargestellten rechteckförmigen Zeitverlauf. Nach Abzug des sogenannten Nullsystems dieser Spannung ergibt sich in bezug auf den Lastanschlußpunkt 0 die ausgezogen dargestellte treppenförmige ideelle Lastspannung UiRO. Die mit eR bezeichnete Kurve stellt die sinusförmig verlaufende innere Gegenspannung der Last dar.
  • Die Differenz zwischen den beiden Spannungen UiRO und eR bestimmt den Verlauf des Laststromes 2iq, dessen halber Wert mit beiden Vorzeichen ebenfalls in Fig. 2 dargestellt ist. Bei den gewählten Zählrichtungen der Maschenströme teilt sich der Laststrom 2iq formal gleichmäßig auf die beiden Teilwicklungen 3a und 3b der Vordrossel 3r auf, so daß resultierend keine magnetisierende Durchflutung entsteht. Diese Funktion übernimmt allein der formal eingeführte Vordrossel-Magnetisierungsstrom id, der ebenfalls mit beiden Vorzeichen gepunktet dargestellt ist. Diese besondere Auswahl von unabhängigen Maschenströmen des Netzwerkes gestattet eine einfache Darstellung aller Ventilströme ila, ilb, i2a, i2b als Differenzen der Größen * iq und i id. Die Ventilströme ila, ilb, i2a, i2b sind dabei jeweils in unterschiedlicher Schraffur dargestellt.
  • Bei t = tO liegt die Mitte der positiven Halbschwingung der ideellen Lastspannung UiRO (Scheitelwert + 4/3E).
  • Der Laststrom 2iq ist positiv und die Ventile lb und 2b sind stromlos, woraus folgt, daß in diesem Zustand id = iq gilt. Das eingeschaltete Ventil la führt den Strom id + iq = 2iq (= Ventilstrom via), d.h. den vollen Laststrom. Der Anstieg der gleichen Ströme id und iq wird durch den Überschuß der ideellen Lastspannung UiRO über die innere Gegenspannung eR bewirkt. Die Steilheit des Stromanstieges wird durch die Summe der Induktivitäten Lv und L bestimmt. Der Strom fließt über den Weg: P - la -3a - R.
  • Zum Zeitpunkt t1 wird die ideelle Lastspannung UiRO infolge einer Schaltung im zum Lastanschlußpunkt S gehörigen Strang kleiner als die innere Gegenspannung eR und der Laststrom 2iq beginnt abzunehmen (UiRO = E). Die Steilheit des Stromabfalls wird allein durch die Induktivität Lv bestimmt, weil wegen des Ventils 2b die Spannung an der Vordrossel 3r ihr Vorzeichen nicht wechseln kann. Der Vordrossel-Magnetisierungsstrom id bleibt deshalb ab t1 konstant und die Stromdifferenz id - iq (= Ventilstrom i2b) fließt über das Ventil 2b. Die Vordrossel 3r befindet sich im sogenannten Kreisstrom-Freilaufbetrieb. Die Spannungsänderung von UiRO bei t2 (UiRO = 2/3E) wird ebenfalls durch eine Schaltung im zum Lastanschlußpunkt S gehörigen Strang verursacht. Der Strom fließt über den Weg: P - la - 3a - R; der Kreisstrom über: la - 3r - 2b.
  • Zum Zeitpunkt t3 wird das Ventil la durch die Steuereinrichtung 12 abgeschaltet, sein Strom id + iq = iq - (-id) geht auf das ungesteuerte Ventil 2a über (= Ventilstrom i2a). In Fig. 2 ist der vom Vordros-Sel-Anschlußpunkt A in die Vordrossel 3r fließende Strom als Stromdifferenz iq - (-id) schraffiert dargestellt.
  • Infolge der Stromunterbrechung im gesteuerten Ventil la springt die Spannung am Vordrossel-Anschlußpunkt A vom Potential des Pluspoles P der Spannungsquelle 4 zum Potential des Minuspoles M. Der Vordrossel-Anschlußpunkt B bleibt dagegen über das Ventil 2b weiterhin mit dem Pluspol P verbunden, so daß nun die Spannung 2E für einen schnellen Abbau des Magnetisierungsstromes id der Vordrossel 3r sorgt. Die Geschwindigkeit der Stromände- rung wird durch die gekoppelte Induktivität 4L der Vordrossel bestimmt. Der Lastanschlußpunkt R weist das Mittenpotential N der Gleichspannungsquelle 4 auf (UiRO= O). Die Vordrossel 3r gibt jetzt im sogenannten Entmagnetisierungsbetrieb einen Teil ihrer magnetischen Energie zurück an die speisende Spannungsquelle 4. Der Strom fließt über den Weg: M - 2a - 3a - R; der Entmagnetisierungsstrom über: 3r - 2b - P.
  • Zum Zeitpunkt tg erreicht die Stromdifferenz id - iq den Wert 0. Die Diode 2b wird stromlos und der Entmagnetisierungsbetrieb ist beendet. Die ideelle Lastspannung UiRO springt auf den Wert -(2/3)E. Um einen erneuten Kreisstrom-Freilaufbetrieb zu vermeiden, wird zunächst die Einschaltung des gesteuerten Ventils Ib bis zum Zeitpunkt t5 verzögert. Bis zum Zeitpunkt t5 führt allein das Ventil 2a den Strom iq - (-id) = 2iq (= Ventilstrom i2a). Die Steilheit der Abnahme des Laststromes wird wiederum durch die Summe der Induktivitäten L und Lv bestimmt. Der Strom fließt über den Weg: M - 2a - 3a - R.
  • Wird vor dem Nulldurchgang des Laststromes 2iq bei t6 zum Zeitpunkt t5 das gesteuerte Ventil lb eingeschaltet, so kann ab diesem Zeitpunkt t5 der Magnetisierungsstrom id der Drossel 3r nicht weiter abnehmen und die Stromdifferenz id - iq wird vom eingeschalteten Ventil Ib geführt (Ventilstrom alb). Die zum Lastanschlußpunkt R gehörige Vordrossel 3r befindet sich jetzt wiederum im Kreisstrom-Freilaufbetrieb und die Geschwindigkeit der Laststromänderung wird wieder allein durch die Induktivität Lv bestimmt. Der Strom fließt über den Weg: M - 2a - 3a - R; der Kreisstrom über: 2a - 3r - lb.
  • Zum Zeitpunkt t7 erreicht die Stromdifferenz iq - (-id) den Wert 0 und das Ventil 2a wird stromlos. Ab diesem Zeitpunkt t7 gilt id = iq und das eingeschaltete Ventil lb führt allein den jetzt negativen Laststrom id - iq = -2iq (= Ventilstrom lb). Die Geschwindigkeit der Stromänderung wird wiederum durch die Summe der Induktivitäten L und Lv sowie die Spannungsdifferenz UiRO - eR bestimmt. Der Strom fließt über den Weg: R - 3b - ib - M.
  • Die Änderungen der ideellen Lastspannung UiRO zu den Zeitpunkten t8 und tg ergeben sich infolge von Schaltungen im zum Lastanschlußpunkt T gehörigen Strang (UiRO = -E ab t8; UiRO =-(4/3)E ab tg). Ab tO + T/2 (T = Periodendauer) verlaufen alle beschriebenen Vorgänge bei geänderten Vorzeichen der Schaltungsgrößen analog zu den vorstehend beschriebenen.
  • Ob ein mehr oder weniger großer Teil der Induktität L im normalen Betrieb die Lastspannung UiRO beeinflußt, wird durch die Wahl des Einschaltzeitpunktes des gesteuerten Ventils lb zum Zeitpunkt t = t5 bestimmt. Erfolgt im Grenzfall die Einschaltung erst im Stromnulldurchgang des Laststromes 21q zum Zeitpunkt t6, so ergibt sich kein zweiter Kreisstrom-Freilaufbetrieb. In der nächsten Stromhalbschwingung muß dann die Vordrossel ausgehend vom unmagnetisierten Zustand bis zum Scheitelwert des Laststromes 2 . lq voll aufmagnetisiert werden und die wirksame Induktivität hat ihren größtmöglichen Wert.
  • Erfolgt im weiteren Grenzfall die Einschaltung des gesteuerten Ventils lb bereits zum Zeitpunkt ts = t4, so folgt der zweite Kreisstrom-Freilaufbetrieb ohne Zwischenpause auf den Entmagnetisierungsbetrieb. Zu Beginn der nächsten Stromhalbschwingung hat dann die Vordrossel noch eine große magnetische Energie und zur vollen Aufmagnetisierung mit dem Scheitelwert Aq des Laststromes wird erheblich weniger Speicherenergie als im zuvor be- trachteten Grenzfall benötigt. Die wirksame Induktivität ist dementsprechend kleiner.
  • Eine weitere Verringerung der wirksamen Induktivität ergibt sich, wenn das gesteuerte Ventil lb noch vor dem Abschluß des Entmagnetisierungsbetriebes bei t4 eingeschaltet wird. Dann verringert sich die Breite der Spannungsstufen zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, t3 und t4 sowie t8 und tg, um im Grenzfall t5 = t3 den Wert O zu erreichen. Unter Vernachlässigung der Verluste in der Kreisstrommasche würde dann der der Magnetisierungsstrom ,k.
  • id über die ganze Periode T den konstanten Wert id = 1q haben und die wirksame Induktivität der nun spannungslosen Vordrossel hätte den Wert 0. Wegen der unvermeidlichen Verluste sinkt jedoch ab t1 der Strom id langsam, so daß der Zeitpunkt t7 nicht bei t1 + T/2 liegen würde.
  • Um dies doch zu ermöglichen, wird in diesem Grenzfall das gesteuerte Ventil ib um eine kurze Zeitspanne = t = t3 - t5 vor der Ausschaltung des gesteuerten Ventils la eingeschaltet. Die Zeitspanne 8 t wird so gewählt, daß der innerhalb dieses Intervalls sich ergebende Stromanstieg iN id = (2E/4L) At b t so groß ist, daß id = iq nicht vor dem Zeitpunkt t1 + T/2 auftritt.
  • Die zur Veränderung der wirksamen Vordrosselinduktivität notwendige Phasenverschiebung des Einschaltaugenblicks t5 des gesteuerten Ventils lb kann z.B. mit Hilfe einer Regelung des Strommittelwertes id leicht verwirklicht werden. Mit Rücksicht auf möglichst kleine Stromwärmeverluste und Oberschwingungen des Laststromes ist es zweckmäßig, die wirksame Vordrossel-Induktivität möglichst groß zu machen. Nur wenn bei Betrieb mit starker Feldschwächung das abgebbare Drehmoment des Asynchronmotors nicht mehr ausreicht, wird die wirksame Induktivität wie beschrieben verringert, im Grenzfall bis zum Wert 0.
  • Auf die Schutzwirkung der Vordrossel im Störungsfall, doh. bei Kurzschluß der Spannungsquelle 4, hat die beschriebene Steuerung der bei periodischem Betrieb wirksamen Induktivität keinen Einfluß. Bei gleichzeitiger Einschaltung beider einem Strang zugeordneter steuerbarer Ventile ist immer die Induktivität 4L wirksam. Wird die Größe der Induktivität L durch die Forderung bestimmt, den Stoßkurzschlußstrom der Asynchronmaschine zu verringern, so ist die Steilheit des Stromanstiegs im Durchzündungsfall in der Regel um mehr als eine Größenordnung geringer als infolge der bei bekannten Schaltungen zwischen entsprechenden Schaltungspunkten eingeschalteten Schutzdrosseln. Das anfangs erwähnte Ziel, die Kurzschlußbeanspruchung der steuerbaren Halbleiterventile gegenüber bekannten Schaltungen erheblich zu senken, ist daher voll erreicht. Durch die beschriebenen Steuerungsmaßnahmen kann auch in solchen Fällen, in denen keine Vordrosseln erforderlich sind, die Induktivität L der Drosseln 3r, 3s, 3t ohne die bisherigen Nachteile beliebig groß gemacht werden bzw. so groß gewählt, daß sich ingesamt ein Minimum des Aufwandes an Schaltungselementen ergibt.
  • Der Stoßkurzschlußstrom der Asynchronmaschine kann im Störungsfall mit großer Geschwindigkeit höchstens auf den Wert 2id, d.h. auf den doppelten Magnetisierungsstrom ansteigen. Nach dem dann erfolgten Abschluß des Kreisstrom-Freilaufbetriebes ist die volle Induktivität L immer zusätzlich zur Lastinduktivität Lv für die Begrenzung des weiteren Stromanstiegs wirksam.
  • Bei Pulsmodulation der Ausgangsspannung des Wechselrichters wird das zum Zeitpunkt t3 abgeschaltete gesteuerte Ventil eines Stranges am Ende der Pulsperiode wieder eingeschaltet, bevor der Laststrom dieses Stranges sein Vorzeichen wechselt. Bezeichnet man in diesem Fall das Ende der Pulsperiode mit t6, dann bleiben alle vorstehend erläuterten Regeln zur Steuerung der wirksamen Induktivität erhalten, wenn das zu einem Zeitpunkt t5 eingeschaltete komplementäre Ventil zum Zeitpunkt t6 wieder ausgeschaltet wird. Keine Einschaltung des komplementären gesteuerten Ventils vor dem bei t6 liegenden Ende einer Pulsperiode bedeutet größtmögliche wirksame Induktivität der Vordrossel. Einschaltung des komplementären Ventils um eine Zeitspanne n t = ts - t3 vor der von t3 biszum Ende der Taktperiode dauernden Abschaltung des seit Beginn dieser Taktperiode eingeschalteten Ventils ergibt den Wert O für die wirksame Induktivität der Vordrossel.
  • Wird auf die beschriebene Weise z.B. bei der Grundfrequenz-Taktung der größtmögliche Wert der wirksamen Vordrossel-Induktivität eingestellt, so kann für die Dreifachtaktung gleicher Grundfrequenz ein kleinerer wirksamer Induktivitätswert eingestellt werden. Der bei bekannten Steuerverfahren unvermeidliche Sprung in der Motorspannung-Grundschwingung tritt bei richtiger Wahl des reduzierten Induktivitätswertes dann nicht mehr auf.
  • Die Induktivität L der Teilwicklungen der Vordrosseln 3r, 3s, 3t wird größer gewählt als das Produkt aus der Spannung 2E der speisenden Gleichspannungsquelle 4 und der Zeitspanne, die vom Eintritt eines Kurzschlusses zwischen einem Lastanschluß und einem Pol der speisenden Gleichspannungsquelle 4 bis zur Löschung eines gesteuerten Halbleiterventils la...lf vergeht, dividiert durch den Strom, der gleich der Differenz aus dem größten von den gesteuerten Halbleiterventilen la...lf noch abschaltbaren Strom und dem im Normalbetrieb größten Laststrom ist. Alternativ hierzu kann die Induktivität L einer Vordrossel 3r, 3s, 3t auch so groß gewählt werden wie der Induktivitätswert, der notwendig ist, um den Stoßkurzschlußwechselstrom einer angeschlossenen Wechselstromlast 9 auf den für diese Last zulässigen Wert zu begrenzen. Der größere der beiden so ermittelten Induktivitätswerte ist dabei bei der Auslegung der Vordrosseln 3r, 3s, 3t heranzuziehen.

Claims (3)

  1. Ansprüche 0Verfahren zur Ansteuerung eines selbst geführten Wechselrichters, der aus einem oder mehreren Zweigpaaren in Verdopplerschaltung besteht, wobei jedes Zweigpaar zwei zünd- und löschbar Halbleiterventile und zwei ungesteuerte Halbleiterventile aufweist, die in Art einer unsymmetrischen Einphasen-Brückenschaltung so miteinander verbunden sind, daß jeweils die diagonal gegenüberliegenden Brückenzweige mit Ventilen der gleichen Art bestückt sind, wobei die Wechselstrompole dieser Brückenschaltung so mit den Gleichstromanschlüssen des Wechselrichters verbunden sind, daß ein Gleichstrom vom Pluspol der speisenden Gleichstromspannungsquelle in Durchlaßrichtung durch die zünd- und löschbaren Halbleiterventile über die Brückendiagonale zum Minuspol fließt und wobei die Gleichstrompole der Brückenschaltung durch eine Drosselspule verbunden sind, deren Mittenanzapfung einen Lastanschlußpunkt des Zweigpaares bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Vordrossel-Induktivität verändert wird, indem in den Betriebspunkten, in denen der über eine Teilwicklung (3a....3f) der Vordrosseln (3r,3s,3t) flieRende Laststrom (2iq) eine störende Verminderung der Lastspannung verursacht, die einer Brückenschaltung zugeordneten gesteuerten Halbleiterventile (la...lf) mit sich überlappenden Einschaltintervallen zur Erzeugung eines zusätzlichen, magnetisch gleichsinnig über beide Teilwicklungen (3a....3f) einer Vordrossel (3r,3s,3t) fließenden Gleichstromes betrieben werden, wobei dieser Gleichstrom größer als die Hälfte des Betrages vom größten periodisch auftretenden Laststromwert ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Betriebspunkten, in denen der über eine Teilwicklung (3a...3f) der Vordrosseln (3r,3s,3t) fließende Laststrom (2in) eine nicht störende Verminderung der Lastspannung verursacht, die einer Brückenschaltung zugeordneten gesteuerten Halbleiterventile (la...lf) ausschließlich in den Teilintervallen innerhalb einer Periode der Ausgangsspannung eingeschaltet werden, in denen der über sie fließende Strom einen Energietransport von der Gleichspannungsquelle (4) zur Last bewirkt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betrieb der gesteuerten Halbleiterventile (ia...lf) mit sich überlappenden Einschaltintervallen der Grad der Überlappung durch Vergleich der Summe aus den über die Teilwicklungen (3a...3f) der Vordrosseln (3r,3s,3t) fließenden Ströme und einer dem Scheitelwert des Laststromes entsprechenden Größe ermittelt wird.
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