DE3536922A1

DE3536922A1 - Self-commutated invertor having an impressed current

Info

Publication number: DE3536922A1
Application number: DE19853536922
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl Ing Still
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1985-10-17
Filing date: 1985-10-17
Publication date: 1987-04-23

Abstract

In the case of this invertor which is connected to a DC intermediate circuit and is wired up to an asynchronous machine (AM), a thyristor bridge, which consists of six main thyristors (T1... T6), and a parallel path for turning the main thyristors off are provided. The parallel path consists of an upper half-controlled two-phase bridge which is connected to the positive current output (A) of the intermediate circuit, of a six-pulse diode bridge (D1... D6) which is connected in series therewith on the DC side, and of a lower half-controlled two-phase bridge, which is connected downstream therefrom on the DC side and is connected to the negative current output (H) of the intermediate circuit. The diode bridge is connected to the thyristor bridge on the AC voltage side. The half-controlled two-phase bridges have two GTO thyristors (GTO1...GTO4) and two diodes (DO1, DO2, DU1, DU2). Reactive volt-ampere capacitors (CU, CO) are connected between the AC voltage terminals of the half-controlled two-phase bridges. The use of the GTO turn-off path results in a reduction in the volume to weight ratio of the invertor. Furthermore, the invertor is largely independent of the machine and its load state. A possibility for use exists in the case of drives for vehicles on rails, and industrial installations. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstgeführten Wechselrichter mit eingeprägtem Strom gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher selbstgeführter Wechselrichter mit eingeprägtem Strom ist aus der BBC-Druckschrift Nr. DIA 60861D, D. Schröder, "Selbstgeführter Stromrichter mit Phasenfolgelöschung und eingeprägtem Strom" bekannt.The invention relates to a self-guided Inverters with impressed current according to the generic term of claim 1. Such a self-commutated inverter with stamped current is from the BBC publication No. DIA 60861D, D. Schröder, "Self-directed Power converter with phase sequence deletion and stamped Current "known.

Die Erfindung kann bei Stromrichterantrieben für Schienenfahrzeuge und Industrieanlagen Einsatz finden.The invention can be used for converter drives for rail vehicles and industrial plants.

In Fig. 1 ist der Aufbau eines derartigen Wechselrichters mit Phasenfolgelöschung und eingeprägtem Zwischenkreisstrom dargestellt. An den positiven Stromausgang eines Gleichstromzwischenkreises ist eine sechspulsige Thyristorbrücke mit sechs Hauptthyristoren T 1 . . . T 6 über eine Zwischenkreisdrossel Ld und sechs Thyristorschutzdrosseln LS 1 . . . LS 6 angeschlossen. (Nachfolgend wird der motorische Betrieb der Maschine betrachtet; bei generatorischem Betrieb ist die Polarität des Stromausgangs umgekehrt.) Der Zwischenkreisstrom ist mit Id bezeichnet. In Reihe zu den Hauptthyristoren T 1 . . T 6 sind jeweils hochsperrende Hauptdioden D 1′ . . . D 6′ angeordnet. Zwischen den wechselspannungsseitigen Klemmen der drei Brückenzweige liegen Kommutierungskondensatoren C 1 . . . C 6. An die durch die Thyristorbrücke T 1 . . T 6 gebildeten drei Phasen R, S, T ist eine Asynchronmaschine AM angeschlossen. Die Streuinduktivitäten der Asynchronmaschine sind mit L σ R, L σ S, L σ T und die in den drei Maschinenphasen erzeugten Rotationsspannungen sind mit ER, ES, ET bezeichnet. Die bekannte Schaltung benötigt eine Vorladeeinrichtung VE zur Ladung der Kommutierungskondensatoren C 1 . . . C 6. Diese Vorladeeinrichtung VE kann z. B., wie in Fig. 1 gezeigt, über Ladethyristoren TL 1 bzw. TL 2 und Ladewiderstände RL 1 bzw. RL 2 mit dem negativen bzw. positiven Stromausgang des Zwischenkreises verbunden sein. Desweiteren ist sie über vier Ladedioden DL 3 . . . DL 6 an die Kommutierungskondensatoren C 1 . . . C 6 angeschlossen.In Fig. 1 the structure is shown of such an inverter with phase sequence cancellation and impressed intermediate circuit current. A six-pulse thyristor bridge with six main thyristors T 1 is connected to the positive current output of a DC intermediate circuit. . . T 6 via an intermediate circuit choke Ld and six thyristor protection chokes LS 1 . . . LS 6 connected. (The motor operation of the machine is considered below; in the case of generator operation, the polarity of the current output is reversed.) The intermediate circuit current is identified by Id . In series with the main thyristors T 1 . . T 6 are high-blocking main diodes D 1 '. . . D 6 ' arranged. Commutation capacitors C 1 lie between the AC-side terminals of the three bridge branches. . . C 6 . To the through the thyristor bridge T 1 . . T 6 formed three phases R, S, T is connected to an asynchronous machine AM . The leakage inductances of the asynchronous machine are denoted by L σ R , L σ S , L σ T and the rotational voltages generated in the three machine phases are denoted by ER, ES, ET . The known circuit requires a precharging device VE for charging the commutation capacitors C 1 . . . C 6 . This precharging device VE can, for. B., as shown in Fig. 1, be connected via charging thyristors TL 1 and TL 2 and charging resistors RL 1 and RL 2 to the negative or positive current output of the intermediate circuit. Furthermore, it has four charging diodes DL 3 . . . DL 6 to the commutation capacitors C 1 . . . C 6 connected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbstgeführten Wechselrichter mit eingeprägtem Strom der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß sich bei gleicher Leistungsklasse eine Gewichts-, Volumen- und Preisreduzierung ergibt. Der selbstgeführte Wechselrichter soll ferner weitgehend unabhängig von der Maschine und deren Lastzustand sein.The invention has for its object a self-guided Inverters with impressed current of the input to improve the type mentioned in such a way that same performance class a weight, volume and Price reduction results. The self-commutated inverter should also be largely independent of the machine and their load state.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is characterized by those in claim 1 Features solved.

Durch die Einfügung des speziellen Löschkreises mit GTO-Thyristoren ergibt sich vorteilhaft eine Reduzierung des Kondensatoraufwandes bezüglich Volumen, Gewicht und Preis auf 1/3 im Vergleich zur bekannten Schaltung. Zusätzlich können die Thyristorschutzdrosseln wegfallen. Ferner entfällt die beim bekannten Wechselrichter notwendige Vorladeeinrichtung für die Kondensatoren, da die beiden Blindleistungskondensatoren bei Anlegen einer Zwischenkreisspannung automatisch, d. h. ohne Zündimpulse aufgeladen werden.By inserting the special extinguishing circuit with GTO thyristors advantageously result in a reduction of the condenser effort in terms of volume, weight and Price on 1/3 compared to the known circuit. In addition the thyristor protection chokes can be omitted. Furthermore, the necessary in the known inverter is omitted Pre-charging device for the capacitors, since the two reactive power capacitors when one is connected DC link voltage automatically, d. H. without ignition pulses to be charged.

Die sechs hochsperrenden Dioden im Hauptzweig des bekannten Wechselrichters werden bei der Erfindung durch die insgesamt zehn Dioden im Nebenzweig ersetzt. Die Strombelastung dieser Dioden beträgt im Vergleich zur bekannten Schaltung je nach Frequenz nur noch 1/5 bis 1/10. Auf eine Kühlung dieser Dioden kann daher evtl. verzichtet werden. Die Schaltungsdimensionierung ist durch die Anordnung der großen Kapazitäten weitgehend unabhängig von der Maschine und deren Lastzustand. Es brauchen daher keine streuarmen Asynchronmaschinen eingesetzt werden. Die Schonzeit der Thyristoren der Thyristorbrücke ist im interessierenden Bereich strom- und maschinenspannungsunabhängig. Die Schonzeit entspricht der Einschaltdauer der GTO-Thyristoren und läßt sich damit einfach steuern.The six high blocking diodes in the main branch of the known Inverters are used in the invention which replaced a total of ten diodes in the secondary branch. The Current load of these diodes is compared to known circuit depending on the frequency only 1/5 to 1/10. A cooling of these diodes can therefore possibly to be dispensed with. The circuit dimensioning is largely through the arrangement of the large capacities regardless of the machine and its load condition. It therefore do not need low-scatter asynchronous machines will. The closed season of the thyristors of the thyristor bridge is current and in the area of interest independent of machine voltage. The closed season corresponds the duty cycle of the GTO thyristors and can easy to control.

Die Schaltung ist leerlauffest. Da die lineare Umladung der Blindleistungskondensatoren auf eine andere Polarität entfällt, ist die Kommutierungszeit kürzer; die Grenzfrequenzbedingung ist damit entschärft. Kommutierungen bei einem Phasenverschiebungswinkel ϕ = 90° zwischen Strom- und Spannungsgrundwelle und kleinem Strom sind erlaubt. Kommutierungen bei ϕ = 90° und Nennwert des Zwischenkreisstromes, die im Betrieb dynamisch auftreten können, sind erlaubt. Der Beginn der Maschinenstromkommutierung ist eindeutig festgelegt.The circuit is idle proof. Since the linear charge reversal of the reactive power capacitors to a different polarity is eliminated, the commutation time is shorter; the cut-off frequency condition is thus mitigated. Commutations with a phase shift angle ϕ = 90 ° between current and voltage fundamental and small current are permitted. Commutations at ϕ = 90 ° and the nominal value of the DC link current, which can occur dynamically during operation, are permitted. The start of machine current commutation is clearly defined.

Der Zusatzaufwand bei der Schaltung mit GTO-Löschung sind die vier GTO-Thyristoren, deren Sperrfähigkeit der Kondensatorspannung entsprechen muß. Die GTO-Thyristoren müssen nur während der Schonzeit der Hauptthyristoren Strom führen. Die Materialkosten durch die zusätzlichen vier GTO-Thyristoren einschließlich Ansteuereinrichtung werden durch die ersparten Bauelemente mehr als aufgehoben.The additional effort when switching with GTO deletion are the four GTO thyristors, the blocking capability of which Capacitor voltage must correspond. The GTO thyristors need only during the closed season of the main thyristors Carry electricity. The material costs through the additional four GTO thyristors including control device are more than canceled out by the saved components.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims marked.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.The invention is described below with reference to the drawings illustrated embodiments explained.

Es zeigen:Show it:

Fig. 2 einen I-Wechselrichter mit GTO-Löschzweig, Fig. 2 is an I-inverter GTO-cancellation branch,

Fig. 3, 4 Varianten des I-Wechselrichters nach Fig. 2, Fig. 3, 4 variants of the I-inverter according to Fig. 2,

Fig. 5, 6, 7 die Zeitverläufe interessierender Größen. Fig. 5, 6, 7, the time progressions of interest sizes.

In Fig. 2 ist ein I-Wechselrichter mit GTO-Löschzweig dargestellt. Es ist eine sechspulsige Thyristorbrücke zu erkennen, bestehend aus den Hauptthyristoren T 1 . . . T 6. Der anodenseitige Summenpunkt K der Thyristorbrücke (Anodenknoten) liegt am positiven Stromausgang A des Gleichstromzwischenkreises. Es ist wiederum eine dem positiven Stromausgang zugeordnete Zwischenkreisdrossel Ld vorgesehen. Der Zwischenkreisstrom ist mit Id und die Zwischenkreisspannung mit U _d bezeichnet. Der kathodenseitige Summenpunkt L der Thyistorbrücke (Kathodenknoten) ist an den negativen Stromausgang H des Zwischenkreises angeschlossen.In FIG. 2, an I-inverter is shown with GTO cancellation branch. A six-pulse thyristor bridge can be seen, consisting of the main thyristors T 1 . . . M 6 . The anode-side summation point K of the thyristor bridge (anode node) is located at the positive current output A of the DC link. An intermediate circuit choke Ld assigned to the positive current output is again provided. The intermediate circuit current is identified by Id and the intermediate circuit voltage by U _d . The cathode-side sum point L of the thyristor bridge (cathode node) is connected to the negative current output H of the intermediate circuit.

An die durch die Thyristorbrücke gebildeten drei Phasen R, S, T ist wiederum die Asynchronmaschine AM angeschlossen. Die Streuinduktivitäten der Asynchronmaschine sind mit L σ R = L σ S = L σ T= L σ und die in den Maschinenphasen erzeugten Rotationsspannungen sind mit ER, ES, ET bezeichnet. Die Leiterspannungen zwischen den Klemmen der Phasen R, S, T betragen URS, UST, UTR. Die verketteten, induzierten Spannungen der Maschine sind mit ERS, EST, ETR bezeichnet.The asynchronous machine AM is in turn connected to the three phases R, S, T formed by the thyristor bridge. The leakage inductances of the asynchronous machine are denoted by L σ R = L σ S = L σ T = L σ and the rotational voltages generated in the machine phases are denoted by ER , ES , ET . The conductor voltages between the terminals of phases R, S, T are URS, UST, UTR . The chained, induced voltages of the machine are designated ERS, EST, ETR .

Mit den drei Phasen R, S, T der Thyristorbrücke sind die wechselsspannungsseitigen Anschlüsse einer sechspulsigen Diodenbrücke D 1 . . . D 6 verbunden. Der anodenseitige Summenpunkt D (Anodenknoten) der Diodenbrücke ist an den kathodenseitigen Summenpunkt C (Kathodenknoten) einer oberen halbgesteuerten Zweiphasen-Brücke angeschlossen. Die obere Zweiphasen-Brücke besteht aus zwei GTO-Thyristoren GTO 1, GTO 2 und zwei Dioden DO 1, DO 2, wobei GTO 2 und DO 2 am kathodenseitigen Summenpunkt C sowie GTO 1 und DO 1 am anodenseitigen Summenpunkt B (Anodenknoten) der oberen Zweiphasen-Brücke liegen. Der anodenseitige Summenpunkt B ist an den positiven Stromausgang A des Zwischenkreises angeschlossen. Zwischen den wechselspannungsseitigen Klemmen der oberen Zweiphasen-Brücke liegt ein Blindleistungskondensator CO. Die Spannung am Kondensator CO ist mit UCO bezeichnet.With the three phases R, S, T of the thyristor bridge, the AC-side connections of a six-pulse diode bridge are D 1 . . . D 6 connected. The anode-side summation point D (anode node) of the diode bridge is connected to the cathode-side summation point C (cathode node) of an upper semi-controlled two-phase bridge. The upper two-phase bridge consists of two GTO thyristors GTO 1 , GTO 2 and two diodes DO 1 , DO 2 , GTO 2 and DO 2 at the cathode-side summation point C and GTO 1 and DO 1 at the anode-side summation point B (anode node) of the upper one Two-phase bridge lie. The anode-side sum point B is connected to the positive current output A of the intermediate circuit. A reactive power capacitor CO is located between the AC-side terminals of the upper two-phase bridge. The voltage across the capacitor CO is designated UCO .

Der kathodenseitige Summenpunkt E (Kathodenknoten) der Diodenbrücke D 1 . . D 6 ist mit dem anodenseitigen Summenpunkt F (Anodenknoten) einer unteren halbgesteuerten Zweiphasen-Brücke verbunden. Die untere Zweiphasen-Brücke besteht aus zwei GTO-Thyristoren GTO 3, GTO 4 und zwei Dioden DU 1, DU 2, wobei GTO 3 und DU 1 am anodenseitigen Summenpunkt F sowie GTO 4 und DU 2 am kathodenseitigen Summenpunkt G (Kathodenknoten) der unteren Zweiphasen- Brücke liegen. Der kathodenseitige Summenpunkt G ist an den negativen Stromausgang H des Zwischenkreises angeschlossen. Zwischen den Wechselspannungsseitigen Klemmen der unteren Zweiphasen-Brücke liegt ein Blindleistungskondensator CU. Die Spannung am Kondensator CU ist mit UCU bezeichnet.The cathode-side summation point E (cathode node) of the diode bridge D 1 . . D 6 is connected to the anode-side summation point F (anode node) of a lower semi-controlled two-phase bridge. The lower two-phase bridge consists of two GTO thyristors GTO 3 , GTO 4 and two diodes DU 1 , DU 2 , GTO 3 and DU 1 at the anode-side sum point F and GTO 4 and DU 2 at the cathode-side sum point G (cathode node) of the lower one Two-phase bridge lie. The cathode-side summation point G is connected to the negative current output H of the intermediate circuit. A reactive power capacitor CU is located between the AC-side terminals of the lower two-phase bridge. The voltage across the capacitor CU is labeled UCU .

Dem beschriebenen I-Wechselrichter ist eine nicht dargestellte Einspeiseschaltung vorgeschaltet. Diese Einspeiseschaltung hat die Aufgabe, die Zwischenkreisspannung Ud so einzustellen, daß sich ein entsprechender Zwischenkreisstrom Id ergibt. Die Einspeiseschaltung kann je nach Anwendungsfall eine vollgesteuerte Brücke oder ein Gleichstromsteller sein. Bei motorischem Betrieb der Maschine ist Ud positiv (siehe Spannungspfeil in Fig. 2), bei generatorischem Betrieb ist Ud negativ.A feed circuit, not shown, is connected upstream of the I inverter described. The task of this feed circuit is to set the intermediate circuit voltage Ud in such a way that a corresponding intermediate circuit current Id results. Depending on the application, the feed circuit can be a fully controlled bridge or a DC chopper. During motor operation of the machine, Ud is positive (see voltage arrow in FIG. 2), during generator operation, Ud is negative.

Zur nachfolgenden Beschreibung der Funktionsweise des I-Wechselrichters mit GTO-Löschung sind die Thyristorströme iT 1 . . . iT 6, die Thyristorspannungen UT 1 . . . UT 6, die Phasenströme (Maschinenströme) iR, iS, iT, die GTO-Ströme iGTO 1 . . . iGTO 4, die GTO-Spannungen UGTO 1 . . . UGTO 4, die Diodenströme iDO 1, iDO 2, iDU 2, iD 1 . . . iD 6 sowie die Kondensatorströme iCO, iCU in Fig. 2 eingetragen.The thyristor currents iT 1 are used to describe the operation of the I inverter with GTO quenching below. . . iT 6 , the thyristor voltages UT 1 . . . UT 6 , the phase currents (machine currents) iR, iS, iT , the GTO currents iGTO 1 . . . iGTO 4 , the GTO voltages UGTO 1 . . . UGTO 4 , the diode currents iDO 1 , iDO 2 , iDU 2 , iD 1 . . . iD 6 and the capacitor currents iCO , iCU are entered in FIG. 2.

Bei einer Variante des I-Wechselrichters mit GTO-Löschzweig gemäß Fig. 3 ist eine erste Stromanstiegsbegrenzungsdrossel L 1 zwischen den positiven Stromausgang A des Zwischenkreises und den anodenseitigen Summenpunkt der oberen Zweiphasen-Brücke geschaltet. Eine zweite Stromanstiegsbegrenzungsdrossel L 2 liegt zwischen dem kathodenseitigen Summenpunkt G der unteren Zweiphasen- Brücke und dem negativen Stromausgang H des Zwischenkreises. Die Drosseln L 1, L 2 dienen zur di/dt-Begrenzung der GTO-Thyristoren beim Einschalten und begrenzen damit gleichzeitig das di/dt der Hauptthyristoren beim Abschalten. Die übrige Schaltungsanordnung ist wie unter Fig. 2 beschrieben. In a variant of the I-inverter with GTO quenching branch according to FIG. 3, a first current rise limiting choke L 1 is connected between the positive current output A of the intermediate circuit and the anode-side summation point of the upper two-phase bridge. A second current rise limiting choke L 2 lies between the cathode-side summation point G of the lower two-phase bridge and the negative current output H of the intermediate circuit. The chokes L 1 , L 2 serve to di / dt limit the GTO thyristors when switching on and at the same time limit the di / dt of the main thyristors when switching off. The rest of the circuit arrangement is as described under Fig. 2.

Bei einer weiteren Variante des I-Wechselrichters mit GTO-Löschung gemäß Fig. 4 liegt eine erste zusätzliche Diode D 7 zwischen dem positiven Stromausgang A des Zwischenkreises und dem anodenseitigen Summenpunkt K der Thyristorbrücke T 1 . . . T 6. Eine zweite zusätzliche Diode D 8 ist zwischen dem negativen Stromausgang H des Zwischenkreises und dem kathodenseitigen Summenpunkt L der Thyristorbrücke angeordnet. Die übrige Schaltungsanordnung ist wie unter Fig. 2 beschrieben. Es ist auch eine Kombination beider Varianten gemäß Fig. 3 und 4 möglich.In a further variant of the I-inverter with GTO quenching according to FIG. 4, a first additional diode D 7 is located between the positive current output A of the intermediate circuit and the anode-side summation point K of the thyristor bridge T 1 . . . M 6 . A second additional diode D 8 is arranged between the negative current output H of the intermediate circuit and the cathode-side sum point L of the thyristor bridge. The rest of the circuit arrangement is as described under Fig. 2. A combination of both variants according to FIGS. 3 and 4 is also possible.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des I-Wechselrichters mit GTO-Löschzweig anhand der Zeitverläufe interessierender Größen gemäß Fig. 5, 6 und 7 beschrieben. Im einzelnen sind die Fig. 5, 6 für motorischen und die Fig. 7 für generatorischen Betrieb der Asynchronmaschine AM gültig.The operation of the I-inverter with GTO quenching branch is described below on the basis of the time profiles of the quantities of interest according to FIGS. 5, 6 and 7. More specifically, the Fig. 5, 6 for the motor and Fig. 7 valid for generator operation of the asynchronous machine AM.

In den Fig. 5, 6 und 7 sind die Zündzeitpunkte ZT der Thyristoren, die Zünd- und Löschzeitpunkte ZGTO der GTO-Thyristoren, die verketteten induzierten Spannungen ERS, EST, ETR bzw. die Leiterspannungen URS, UST, UTR zwischen den Klemmen der Phasen, die Phasenströme iR, iS, iT, die Thyristorströme iT 1, iT 3, iT 5, die GTO-Ströme iGTO 1, iGTO 2, die Diodenströme iDO 1, iDO 2, iD 1, iD 3, iD 5, die Thyristorspannungen UT 5, UT 1, die Kondensatorspannung UCO, der Kondensatorstrom iCO sowie die GTO- Spannungen UGTO 1, UGTO 2 dargestellt.In Figs. 5, 6 and 7, the ignition timings ZT of the thyristors, the firing and extinction timings ZGTO of the GTO thyristors, the concatenated voltages induced ERS, EST, ETR, or the phase voltages URS, UST, UTR between the terminals of the phases are , the phase currents iR , iS, iT , the thyristor currents iT 1 , iT 3 , iT 5 , the GTO currents iGTO 1 , iGTO 2 , the diode currents iDO 1 , iDO 2 , iD 1 , iD 3 , iD 5 , the thyristor voltages UT 5 , UT 1 , the capacitor voltage UCO , the capacitor current iCO and the GTO voltages UGTO 1 , UGTO 2 are shown.

In den Fig. 5, 6 und 7 ist die Weiterschaltung eines Stromblocks von der Phase T auf die Phase R dargestellt. Ausgangszustand ist, daß der Zwischenkreisstrom Id über T 5, L σ T, ET, ES, L σ S, T 6 fließt. Die Kondensatoren CO und CU haben die in Fig. 2 eingezeichnete Polarität, d. h. der positive Kondensatorpol von CO liegt am Verbindungspunkt von GTO 2/DO 1 und der positive Kondensatorpol von CU liegt am Verbindungspunkt von GTO 4 und DU 1.In Figs. 5, 6 and 7, the handoff is shown a current block of the phase T to the R phase. The initial state is that the intermediate circuit current Id flows via T 5 , L σ T , ET , ES , L σ S , T 6 . The capacitors CO and CU have the polarity shown in FIG. 2, ie the positive capacitor pole of CO lies at the connection point of GTO 2 / DO 1 and the positive capacitor pole of CU lies at the connection point of GTO 4 and DU 1 .

Zum Zeitpunkt t 1 werden GTO 1 und GTO 2 gezündet (siehe hierzu Zünd- und Löschzeitpunkte ZGTO in Fig. 5). Die Spannung UCO treibt im Zeitraum t 1 ≦ωτ t ≦ωτt 2 einen Strom im Kreis GTO 1, CO, GTO 2, D 5, T 5, der den Strom im Thyristor T 5 zum Zeitpunkt t 2 löscht. Da die Zeitdifferenz zwischen t 1 und t 2 durch die schnelle Kommutierung nur sehr gering ist, kann der Zeitpunkt t 2 = t 1 gesetzt werden.At time t 1 , GTO 1 and GTO 2 are ignited (see ignition and extinguishing times ZGTO in FIG. 5). The voltage UCO drives a current in the circuit GTO 1 , CO , GTO 2 , D 5 , T 5 in the period t 1 ≦ ωτ t ≦ ωτ t 2, which quenches the current in the thyristor T 5 at the time t 2 . Since the time difference between t 1 and t 2 is only very small due to the rapid commutation, the time t 2 = t 1 can be set.

Nach Verlöschen von T 5 zum Zeitpunkt t 2 wird der Thyristor mit UCO in Sperrichtung beansprucht. Der Kondensator CO wird im Zeitraum t 2 ≦ωτ t ≦ωτ t 3 linear mit Id umgeladen (siehe Fig. 6).After T 5 has extinguished at time t 2 , the thyristor with UCO is loaded in the reverse direction. The capacitor CO is linearly charged with Id in the period t 2 ≦ ωτ t ≦ ωτ t 3 (see FIG. 6).

Zum Zeitpunkt t 3 werden GTO 1 und GTO 2 gelöscht und gleichzeitig der Thyristor T 1 gezündet (siehe Zündzeitpunkte ZT in Fig. 5). Der Zwischenkreisstrom Id ist zum Zeitpunkt t 4 von den Dioden DO 1 und DO 2 übernommen. Da die Zeitdifferenz zwischen t 3 und t 4 nur gering ist, kann der Zeitpunnkt t 4 = t 3 gesetzt werden.At time t 3 , GTO 1 and GTO 2 are extinguished and thyristor T 1 is simultaneously ignited (see ignition times ZT in FIG. 5). The intermediate circuit current Id is taken over by the diodes DO 1 and DO 2 at the time t 4 . Since the time difference between t 3 and t 4 is only small, the time point t 4 = t 3 can be set.

Da DO 1, DO 2, D 5 und T 1 leiten, legt sich die Kondensatorspannung UCO direkt zwischen die Phasen R und T. Die Differenzspannung zwischen UCO und URT treibt einen Strom im Kreis T 1, L σ R, ER, ET, L σ T, D 5, DO 2, CO, DO 1, so daß zum Zeitpunkt t 5 der Strom in DO 1, DO 2, D 5 und Phase T verlöscht. Der Strom in T 1 ist zum Zeitpunkt t 5 gleich Id geworden. Während des Zeitabschnittes t 3 bis t 5 wird der Kondensator CO wieder aufgeladen (siehe Fig. 6).Since DO 1 , DO 2 , D 5 and T 1 conduct, the capacitor voltage UCO lies directly between the phases R and T. The differential voltage between UCO and URT drives a current in the circuit T 1 , L σ R , ER , ET , L σ T , D 5 , DO 2 , CO , DO 1 , so that at time t 5 the current in DO 1 , DO 2 , D 5 and phase T extinguished. The current in T 1 has become Id at time t 5 . The capacitor CO is recharged during the time period t 3 to t 5 (see FIG. 6).

Wie die Liniendiagramme zeigen, sind die Stromblöcke iT 1 . . . iT 6 in den Hauptthyristoren T 1 bis T 6 etwas verkürzt. Die Stromblöcke iR, iS, iT in den Maschinenphasen sind jedoch nicht verkürzt. Die Differenz der Stromzeitflächen von Hauptthyristoren und Maschinenphasen wird von GTO 1 und GTO 2 im Zeitabschnitt t 2 ≦ωτt ≦ωτ t 3 und von den Dioden DO 1 und DO 2 im Zeitabschnitt t 4≦ωτ t ≦ωτ t 5- übernommen. Diese Kommutierungsabläufe gelten entsprechend zu anderen Zeitabschnitten für die Löschung eines Hauptthyristors in der unteren Brückenhälfte.As the line diagrams show, the current blocks are iT 1 . . . iT 6 somewhat shortened in the main thyristors T 1 to T 6 . However, the current blocks iR , iS , iT in the machine phases are not shortened. The difference between the current time areas of the main thyristors and machine phases is taken over by GTO 1 and GTO 2 in the period t 2 ≦ ωτ t ≦ ωτ t 3 and by the diodes DO 1 and DO 2 in the period t 4 ≦ ωτ t ≦ ωτ t 5 -. These commutation sequences apply correspondingly to other periods for the quenching of a main thyristor in the lower half of the bridge.

Die Polarität der beiden Blindleistungskondensatoren CO und CU ändert sich während der verschiedenen Zeitabschnitte nicht. Während der Schonzeit t _s der Hauptthyristoren T 1 . . . T 6 wird der betreffende Kondensator CO bzw. CU ein wenig entladen (siehe Fig. 6, iCO, UCO im Zeitraum t 2 ≦ωτ t ≦ωτ t 3). Die Ladung des Kondensators CO bzw. CU während der Schonzeit t _s wird mit Q _s bezeichnet.The polarity of the two reactive power capacitors CO and CU does not change during the different time periods. During the closed period t _{s of} the main thyristors T 1 . . . T 6 the capacitor CO or CU in question is discharged a little (see FIG. 6, iCO , UCO in the period t 2 ≦ ωτ t ≦ ωτ t 3 ). The charge of the capacitor CO or CU during the protective period t _s is referred to as Q _s .

Während der Überlappungszeit der sich ablösenden Maschinenströme (siehe Fig. 5, iR, iT und Fig. 6, UCO, iCO im Zeitraum t 4 ≦ωτ t ≦ωτ t 5) wird der betreffende Kondensator CO bzw. CU wieder aufgeladen. Die Ladung, die während der Maschinenstromüberlappung in den Kondensator gespeichert wird, wird mit Q _Ü bezeichnet. Der eingeschwungene Zustand ist dann erreicht, wenn beide Ladungen Q _S und Q _Ü gleich sind.During the overlapping time of the machine currents that separate (see FIG. 5, iR , iT and FIG. 6, UCO , iCO in the period t 4 ≦ ωτ t ≦ ωτ t 5 ), the relevant capacitor CO or CU is recharged. The charge that is stored in the capacitor during the machine current _overlap is called Q _Ü . The steady state is reached when both charges Q _S and Q _{Ü are the} same.

Da durch die großen Kommutierungskapazitäten der Blindleistungskondensatoren CO, CU die Spannungswelligkeiten von UCO und UCU während der Kommutierung nur gering sind, können UCO und UCU als Konstantspannungsquellen angesehen werden.As the voltage ripples of UCO and UCU are only slight during commutation due to the large commutation capacities of the reactive power capacitors CO , CU , UCO and UCU can be regarded as constant voltage sources.

Bei weiterer Annahme einer konstanten Maschinenspannung während der Kommutierung und damit einer linearen Stromkommutierung von einer Phase zur nächsten ergibt sich für den eingeschwungenen Zustand der Kondensatorspannung die einfache Beziehung:Assuming a constant machine voltage during commutation and thus linear current commutation from one phase to the next for the steady state of the capacitor voltage the simple relationship:

UCO = UCU = Û _V · sinϕ + L σ · Id/t _-S, UCO = UCU = Û _V · sin φ + σ L · Id / t _-S,

wobei Û _V die verkettete Maschinenspannung, ϕ der Phasenverschiebungswinkel zwischen Strom- und Spannungsgrundwelle, L σ = L σ R = L σ S = L σ T die Streuinduktivitäten der Maschine und t _S die Schonzeit der Thyristoren T 1 . . . T 6 (t _S entspricht der Einschaltdauer der jeweiligen GTO-Thyristoren GTO 1 . . . GTO 4, Fig. 6 Zeitraum t ₂ ≦ωτ t ≦ωτ t ₃) darstellen.where Û _{V is} the chained machine voltage, ϕ is the phase shift angle between the current and voltage fundamental, L σ = L σ R = L σ S = L σ T is the leakage inductance of the machine and t _{S is} the protective time of the thyristors T 1 . . . T 6 ( t _S corresponds to the duty cycle of the respective GTO thyristors GTO 1 ... GTO 4 , FIG. 6, period t ₂ ≦ ωτ t ≦ ωτ t ₃ ).

Wie die vorstehende Beziehung zeigt, stellt sich die Höhe der Kondensatorspannung UCO bzw. UCU bei vorgegebener Schonzeit t _S der Thyristoren T 1 . . .T 6 automatisch auf einen definierten Wert ein. Die Erfassung der Spannung an den Kondensatoren CO, CU (Kommutierungskapazitäten) ist damit überflüssig.As the above relationship shows, the level of the capacitor voltage UCO or UCU arises with a predetermined protective time t _{S of} the thyristors T 1 . . . T 6 automatically to a defined value. The detection of the voltage at the capacitors CO, CU (commutation capacitances) is therefore superfluous.

Eine Reduzierung der Kondensatorspannung UCO bzw. UCU in eventuell kritischen Betriebspunkten um ϕ = 90° läßt sich entsprechend einfach durch Erhöhung der Schonzeit der Hauptthyristoren T 1 . . . T 6, d. h. durch Erhöhung der Einschaltdauer der GTO-Thyristoren erreichen.A reduction of the capacitor voltage UCO or UCU in possibly critical operating points by ϕ = 90 ° can be correspondingly easily done by increasing the protective time of the main thyristors T 1 . . . T 6 , ie by increasing the duty cycle of the GTO thyristors.

Während der Schonzeit eines Hauptthyristors T 1 . . . T 6 (Leitdauer der GTO-Thyristoren) kann es in der an der Kommutierung unbeteiligten Phase zu einem leichten Stromeinbruch kommen (in Fig. 5 bei der Phase S angedeutet, siehe Phasenstrom iS). Dieser Fall tritt ein, wenn die Spannung zwischen der abzukommentierenden Phase und der an der Kommutierung nicht beteiligten stromführenden Phase positiv ist. Im Beispiel gemäß Fig. 5 treibt die Spannung UTS, die zum Zeitpunkt t 2 noch positiv ist, einen Strom über die geflutete Diode D 5 weiter über D 3, L σ S, ES. ET, L σ T. Die treibende Spannung, die den Stromeinbruch verursacht, ändert bei ϕ = 60° ihr Vorzeichen. Für ϕ≦λτ60° treten daher keine Stromeinbrüche mehr auf.During the closed season of a main thyristor T 1 . . . T 6 (lead time of the GTO thyristors), a slight current drop can occur in the phase not involved in the commutation (indicated in FIG. 5 for phase S , see phase current iS ). This occurs when the voltage between the phase to be commented and the current-carrying phase not involved in the commutation is positive. In the example according to FIG. 5, the voltage UTS , which is still positive at the time t 2 , drives a current through the flooded diode D 5 through D 3 , L σ S , ES . ET , L σ T. The driving voltage that causes the current dip changes its sign at ϕ = 60 °. For ϕ ≦ λτ60 ° there are therefore no current dips.

Da die Stromzeitfläche des Stromeinbruches im Verhältnis zur gesamten Stromzeitfläche eines 120°-Stromblockes auch bei sehr hohen Frequenzen nur gering ist, ist die Grundwellenreduzierung des Stromes und damit die Momentenreduzierung nur gering.Because the current time area of the current dip in proportion to the total current time area of a 120 ° current block is only low at very high frequencies Fundamental wave reduction of the current and thus the torque reduction only slight.

Die Maximalspannung der Hauptthyristoren T 1 . . . T 6 in Blockierrichtung beträgt UC = UCO = UCU. Die Maximalspannung in Sperrichtung beträgt Û _V + UC bei ϕ = 90°.The maximum voltage of the main thyristors T 1 . . . T 6 in the blocking direction is UC = UCO = UCU . The maximum voltage in the reverse direction is Û _V + UC at ϕ = 90 °.

Ergeben sich bei den Hauptthyristoren T 1 bis T 6 zu hohe Spannungen in Sperrichtung, so kann durch den Einbau der beiden Zusatzdioden D 7, D 8 gemäß Fig. 4 die maximal auftretende Sperrspannung für ϕ = 90° auf den Wert von Û _V + UC/2 reduziert werden. Wie in Fig. 4 angedeutet, sind die beiden Zusatzdioden D 7, D 8 im Zwischenkreis so anzuordnen, daß sie jeweils zwischen dem Summenpunkt einer Thyristorbrückenhälfte und der dazugehörigen Kommutierungseinrichtung liegen.If the voltages in the reverse direction are too high for the main thyristors T 1 to T 6 , then by installing the two additional diodes D 7 , D 8 according to FIG. 4, the maximum reverse voltage occurring for ϕ = 90 ° to the value of Û _V + UC / 2 can be reduced. As indicated in Fig. 4, the two additional diodes D 7 , D 8 are to be arranged in the intermediate circuit so that they are each between the sum point of a thyristor bridge half and the associated commutation device.

Da die GTO-Thyristoren GTO 1 . . . GTO 4 in der Schaltung nach Fig. 2 nur mit positiver Spannung beansprucht werden, sind keine symmetrisch sperrenden Elemente erforderlich. Die maximal an den GTO-Thyristoren auftretende Spannung ist gleich der Kondensatorspannung UCO bzw. UCU.Since the GTO thyristors GTO 1 . . . GTO 4 in the circuit of FIG. 2 are only claimed with positive voltage, no symmetrically blocking elements are required. The maximum voltage occurring at the GTO thyristors is equal to the capacitor voltage UCO or UCU .

Der gleichen Spannungsbeanspruchung wie die GTO-Thyristoren sind auch die Dioden DO 1, DO 2, DU 1, DU 2 ausgesetzt. The diodes DO 1 , DO 2 , DU 1 , DU 2 are also exposed to the same voltage stress as the GTO thyristors.

Die Stromsteilheiten beim Abkommutieren der Diodenströme DO 1, DO 2 bzw. DU 1, DU 2 sind durch die jeweiligen Streuinduktivitäten der Maschine, die im Kommutierungskreis liegen, gering.The current steepness when commutating the diode currents DO 1 , DO 2 or DU 1 , DU 2 are low due to the respective leakage inductances of the machine that are in the commutation circuit.

Die Dioden D 1 bis D 6 der sechspulsigen Diodenbrücke werden mit der Spannung UC + Û _V beansprucht. Die Streuinduktivitäten L σ R, L σ S, L σ T der Asynchronmaschine, die in der Kommutierungsmasche dieser Dioden liegen, sorgen für ein weiches Abkommutieren. D 1 bis D 6 können daher Netzdioden sein.The diodes D 1 to D 6 of the six-pulse diode bridge are loaded with the voltage UC + Û _V. The leakage inductances L σ R , L σ S , L σ T of the asynchronous machine, which are in the commutation mesh of these diodes, ensure soft commutation. D 1 to D 6 can therefore be network diodes.

Claims

1. Self-commutated inverters with a six-pulse thyristor bridge, which is the DC voltage side of a DC intermediate circuit and is the alternating voltage side wired with an asynchronous machine, characterized in that on the AC-side terminals of the six-pulse thyristor (T 1... T 6) a six-pulse diode bridge (D 1. D 6 ) is located, the anode-side summation point ( D ) via an upper, semi-controlled, GTO thyristors ( GTO 1 , GTO 2 ) and diodes ( DO 1 , DO 2 ) having two-phase bridge to the positive current output ( A ) of the DC link and its cathode-side sum point ( E ) via a lower, semi-controlled, GTO thyristors ( GTO 3 , GTO 4 ) and diodes ( DO 1 , DO 2 ) having two-phase bridge is connected to the negative current output ( H ) of the intermediate circuit, wherein one reactive power capacitor ( CO, CU ) is arranged between the AC voltage terminals of the semi-controlled two-phase bridges i st and the anode-side sum points ( B, K ) of the upper two-phase bridge and the thyristor bridge and the cathode-side sum points ( G, L ) of the lower two-phase bridge and the thyristor bridge are connected to one another.

2. Self-commutated inverter according to claim 1, characterized in that in each case an additional diode ( D 7 , D 8 ) between the positive current output ( A ) of the intermediate circuit and the anode-side sum point ( K ) of the thyristor bridge or between the negative current output ( H ) of the Intermediate circuit and the cathode-side sum point ( L ) of the thyristor bridge.

3. Self-commutated inverter according to one of claims 1 or 2, characterized in that in each case a current rise limiting choke ( L 1 , L 2 ) between the positive current output ( A ) of the intermediate circuit and the anode-side summation point ( B ) of the upper semi-controlled two-phase bridge or lies between the cathode-side sum point ( G ) of the lower semi-controlled two-phase bridge and the negative current output ( H ) of the intermediate circuit.