DE3907940A1 - Verfahren zur symmetrierung der spannungsaufteilung an stromrichtern mit mehrpunktschaltung - Google Patents

Verfahren zur symmetrierung der spannungsaufteilung an stromrichtern mit mehrpunktschaltung

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Description

TECHNISCHES GEBIET
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zur Symmetrierung der Spannungsaufteilung an mindestens 2 Mehr­ punkt-Stromrichtern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
STAND DER TECHNIK
Mit dem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der deutschen Dissertationsschrift von Horst-Peter Wurm aus Remscheid: "Erhöhung der Ausnutzung von Pulswechselrichtern hoher Leistung durch das Dreipunktver­ fahren", S. 154-156, genehmigt vom Fachbereich Elektrotechnik der Bergischen Universität-Gesamthochschule Wuppertal, Tag der mündlichen Prüfung: 20.7.1983, bekannt ist. Bei dem dort im Bild 3.13 gezeigten Umrichter mit 2poligem, ungesteuertem Gleichrichter und Dreipunktwechselrichter weist der Gleich­ spannungszwischenkreis 2 gleich große in Reihe geschaltete Stützkondensatoren auf. Zur Stabilisierung der Spannungen an den Stützkondensatoren ist ein schaltungsmäßig aufwendiger Hilfswechselrichter in Mc Murray-Schaltung vorgesehen, der zusätzlich Leistungsverluste verursacht. In Verbindung mit Bild 3.14 ist dort ferner ein Vorschlag für eine Hochleistungs­ lokomotive angegeben, bei dem die Antriebsleistung einem Bahn­ netz mit einphasiger Wechselspannung von 16 2/3 Hz mittels eines Eingangstransformators entnommen ist, der 4 galvanisch getrennte Sekundärwicklungen aufweist. An jede dieser Sekundär­ wicklungen ist ein Vierquadrantensteller angeschlossen, der einen Stützkondensator speist. Je zwei Vierquadrantensteller speisen einen Gleichspannungszwischenkreis, der einen Saugkreis aufweist und an den maschinenseitig zwei Dreipunktwechselrich­ ter angeschlossen sind. Dabei ist kein Hilfswechselrichter erforderlich, um eine symmetrische Gleichspannung am Eingang der Dreipunktwechselrichter zu gewährleisten. Zur Erzeugung der Zwischenkreisspannung sind jedoch mindestens 2 platzaufwen­ dige Transformatorsekundärwicklungen und 2 daran angeschlossene Steuerblöcke für 2 Vierquadrantensteller erforderlich.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren zur Symmetrierung der Spannungs­ aufteilung an mindestens zwei Mehrpunkt-Stromrichtern anzugeben, das weniger Schaltungsaufwand erfordert.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daßs bei nur 2polig gespeisten Spannungsteilerkondensatoren kein Hilfswechselrich­ ter erforderlich ist. Es sind nur halb so viel Transformator­ sekundärwicklungen und daran angeschlossene Steuerblöcke für Vierquadrantensteller erforderlich wie bei getrennten Einspei­ sungen für jeden Spannungsteilerkondensator. Dies bedeutet eine Einsparung von Platz- und Steueraufwand. Für die Symmetrie­ rung kann ein üblicherweise ohnehin für Steuerungszwecke vor­ handener Mikroprozessor mitverwendet werden. Bei bestimmten unsymmetrischen Teilspannungssituationen an den Spannungstei­ lerkondensatoren werden die Strompfade in den Stromrichtern durch gezielte asymmetrische Steuerung deren Stromventile so verändert, daß eine Symmetrierung der Teilspannungen bewirkt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Anzahl der Stromrichterschalthandlungen bei den Symmetrie­ rungseingriffen im Vergleich zum ursprünglichen Spannungspuls­ muster nicht erhöht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei ein- und mehrphasigen Stromrichterschaltungen angewendet werden, insbesondere bei Vierquadrantenstellern. Mehrphasige Systeme können in mehrere autarke einphasige Systeme, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten, aufgeteilt werden. Dabei können die Symmetrierungseingriffe synchronisiert werden. Das Verfahren läßt sich bei schon bestehenden Schal­ tungen mit nicht symmetrierender Leittechnik anwenden durch Austausch des Steueralgorithmus für die Stromrichterventile. Es eignet sich besonders für Traktionsantriebe hoher Leistung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine von einer Gleichspannungsleitung über Dreipunkt­ wechselrichter gespeiste Asynchronmaschine,
Fig. 2 eine Antriebsschaltung für eine Asynchronmaschine einer Hochleistungslokomotive, die von einer einphasigen Wechselspannungsleitung über einen Umrichter gespeist ist, der netzspannungsseitige und maschinenseitige Dreipunktstromrichter sowie einen Gleichspannungszwi­ schenkreis mit Spannungsteilerkondensatoren aufweist,
Fig. 3 eine Steuerschaltung für Dreipunktwechselrichter gemäß Fig. 2,
Fig. 4 eine alternative Erfassungsschaltung für Grenzwert­ überschreitungen der Spannungsdifferenz an Spannungstei­ lerkondensatoren,
Fig. 5a)-5g) Signaldiagramme zur Steuerung der Ventile eines Drei­ punktstromrichters gemäß Fig. 1,
Fig. 6 ein simuliertes Signaldiagramm der Spannungsdifferenz an den Spannungsteilerkondensatoren gemäß Fig. 3 vor und nach dem Einschalten der Symmetrierung der netzseitigen Dreipunktstromrichter und
Fig. 7 ein simuliertes Signaldiagramm der Kondensatorspannungen an den Spannungsteilerkondensatoren gemäß Fig. 3 vor und nach dem Einschalten der Symmetrierung eines maschinenseitigen Dreipunktstromrichters.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Fig. 1 zeigt eine Antriebsschaltung für einen Drehstrommotor bzw. eine Asynchronmaschine 10 mit in Stern geschalteten Stator­ wicklungen 11-13, die von einer Gleichspannungsleitung 1 mit einer Gesamtgleichspannung U d =3 kV gespeist ist. Diese Gleichspannung ist über einen Stromabnehmer 2 3 Spannungsteilern mit jeweils in Reihe geschalteten Spannungsteilerkondensatoren C 1 und C 2 bzw. C 3 und C 4 bzw. C 5 und C 6 gleicher Kapazität sowie 3 gleich aufgebauten Dreipunktstromrichtern SR, SS und ST zugeführt, von denen nur der Stromrichter SR im Detail dargestellt ist. Diese Spannungsteiler und Dreipunktstrom­ richter sind erdpotentialseitig über ein Rad 5 mit einer Bahn­ bzw. Erdungsschiene 6 verbunden.
Parallel zu den Spannungsteilerkondensatoren C 1 und C 2 mit Kondensatorteilspannungen U 1 und U 2 sind Spannungswandler bzw. Spannungsdetektoren 3 bzw. 4 geschaltet, an denen zu U 1 bzw. U 2 proportionale Teilspannungssignale SU 1 bzw. SU 2 abgreifbar sind.
Der Dreipunktstromrichter SR weist 4 in Reihe geschaltete, abschaltbare GTO-Thyristoren T 1 o, T 2 o, T 2 u, T 1 u mit jeweils antiparallelen Dioden auf. Ein Mittelpunkt M der Spannungstei­ lerkondensatoren C 1 und C 2 ist einerseits mit der Anode einer Diode D 1 verbunden, deren Kathode an die Kathode des GTO-Thyri­ stors T 1 o und an die Anode des GTO-Thyristors T 2 o angeschlos­ sen ist; andererseits ist M mit der Kathode einer Diode D 2 verbunden, deren Anode an die Kathode des GTO-Thyristors T 2 u und an die Anode des GTO-Thyristors T 1 u angeschlossen ist. Die mit M verbundenen Anschlüsse der Dioden D 1 und D 2 bilden einen Spannungsteilereingang des Dreipunktstromrichters SR. Am Mittelpunkt M ist als Teilspannung bei unbelastetem Dreipunkt­ stromrichter SR die halbe Gesamtgleichspannung U d /2=U 1=U 2 abgreifbar.
Je 2 der in Reihe geschalteten GTO-Thyristoren T 1 o und T 2 o bzw. T 2 u und T 1 u bilden einen Ventilzweig, der über einen Stromwandler bzw. Wechselstromdetektor 7 an die Statorwicklung 7 der Asynchronmaschine 10 angeschlossen ist. Am Wechselstrom­ detektor 7 ist ein Stromsignal S i R abgreifbar, das zu einem Phasenstrom i R proportional ist. Das Stromsignal S i R wird in einem Stromrichtungskomparator 47, der ein Ausgangssignal S 47, entsprechend sgn i R , liefert mit dem Wert 0 verglichen. Das Ausgangssignal S 47 hat den Wert logisch 1 für i R <0; andernfalls hat es den Wert 0. Entsprechend erhält man von den Stromsignalen S i S und Si T die Stromrichtungssignale sgn i S und sgn i T (nicht dargestellt). Entsprechend sind die Ventil­ zweige der vereinfacht als Schalter dargestellten Dreipunkt­ stromrichter SS und ST über Wechselstromdetektoren 8 bzw. 9 an die Statorwicklungen 12 bzw. 13 der Asynchronmaschine 10 angeschlossen. An den Wechselstromdetektoren 8 und 9 sind Stromsignale S i S bzw. Si T abgreifbar, die zu Phasenströmen i S bzw. i T proportional sind. Die mittleren Teilspannungsein­ gänge der Dreipunktstromrichter SS und ST sind ebenfalls mit dem Mittelpunkt M verbunden; sie könnten, alternativ, mit Mittelpunkten der Spannungsteilerkondensatoren C 3 und C 4 bzw. C 5 und C 6 verbunden sein, wie es gestrichelt angedeutet ist.
Als weitere Alternative könnten die Mittelpunkte der Spannungs­ teilerkondensatoren C 3 und C 4 sowie C 5 und C 6 mit M verbunden sein, wobei C 1, C 3, C 5 sowie C 2, C 4, C 6 je eine Kondensatorbank bilden würden.
Fig. 2 zeigt eine Antriebsschaltung für eine umrichtergespeiste Asynchronmaschine 45 einer Hochleistungslokomotive, bei der gleiche Schaltungsteile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet sind. Ein Eingangstransformator Tr mit 3 galvanisch getrennten Sekundärwicklungen 22-24 steht über einen Stromabnehmer 2 mit einer Wechselspannungsleitung 21, die eine Wechselspannung von 15 kV und eine Bahnnetzfrequenz von 16 2/3 Hz aufweist, in elektrischer Verbindung. An jede dieser Sekundärwicklungen 22-24 sind 2 netzseitige Vierqua­ drantensteller bzw. Dreipunktstromrichter 28, 29 bzw. 30, 31 bzw. 32, 33 angeschlossen, die gleichspannungsseitig parallel­ geschaltet sind. Diese netzseitigen Dreipunktstromrichter sind über einen Gleichspannungszwischenkreis mit 6 maschinen­ seitigen Wechselrichtern bzw. Dreipunktstromrichtern 34-39 verbunden, von denen je 2 wechselspannungsseitig über eine gleichphase Drossel 42 bzw. 43 bzw. 44 an eine Statorwicklung der Asynchronmaschine 45 angeschlossen sind. Alle maschinen­ seitigen Dreipunktstromrichter sind gleichspannungsseitig parallelgeschaltet. Der Gleichspannungszwischenkreis weist 2 in Reihe geschaltete Spannungsteilerkondensatoren C 1 und C 2 auf, zu denen die Spannungsdetektoren 3 bzw. 4 parallel­ geschaltet sind. Zur Dämpfung der 2. Harmonischen der Bahnnetz­ frequenz ist ein Saugkreis aus einer Filterdrossel 40 und einem Filterkondensator 41 zwischen den positiven (+) und negatien (-) Pol des Gleichspannungszwischenkreises geschaltet. Der Mittelpunkt M der Spannungsteilerkondensatoren C 1 und C 2 ist mit den Teilspannungseingängen der Dreipunktstromrichter 28-39 verbunden, welche wie der Gleichpunktstromrichter SR gemäss Fig. 1 geschaltet sind. Die Wechselströme i 1-i 3 durch die Sekundärwicklungen 22-24 des Eingangstransformators Tr werden mittels Wechselstromdetektoren 25-27 detektiert, deren Ausgangssignale S i 1-Si 3 in Stromrichtungskomparatoren, von denen nur 1 Stromrichtungskomparator 46 dargestellt ist, hinsichtlich der Stromrichtung ausgewertet werden. Das Aus­ gangssignal S 46 des Stromrichtungskomparators 46 liefert das Stromrichtungssignal sgn i 1. Entsprechend erhält man von den Ausgangssignalen S i 2 und Si 3 die Stromrichtungssignale sgn i 2 bzw. sgn i 3 (nicht dargestellt). Bezüglich der Ermittlung der maschinenseitigen Stromrichtungssignale sgn i R , sgn i S, sgn i T wird auf die entsprechenden Ausführungen zu Fig. 1 verwiesen.
Fig. 3 zeigt eine Steuerschaltung zur Erzeugung verstärkter Zünd- bzw. GTO-Steuersignale ST 1 o′′, ST 2 o′′ usw. für die GTO- Thyristoren T 1 o, T 2 o usw. der Dreipunktstromrichter, vgl. den Dreipunktstromrichter SR in Fig. 1.
Mit 14 ist ein herkömmlicher Pulsphasen-Umsetzer bezeichnet, der mittels Pulsbreitenmodulation symmetrierte Steuersignal ST 1 o, ST 2 o usw. für die GTO-Thyristoren T 1 o, T 2 o usw. erzeugt, die in Abhängigkeit von bestimmten, noch anzugebenden Bedin­ gungen in einem Mikroprozessor 15 in modifizierte Steuersignale ST 1 o′, ST 2 o′ usw. umgewandelt und mittels eines nachgeschalteten Verstärkers 16 verstärkt werden zu den GTO-Steuersignalen ST 1 o′′, ST 2 o′′ usw. In einem Summierer 17 wird aus der Differenz der Werte der eingangsseitig zugeführten Teilspannungssignale SU 1 und SU 2 eine Spannungsdifferenz Δ U=U 1-U 2 berechnet und in einem nachgeschalteten Spannungsrichtungskomparator 18, der ausgangsseitig ein Ausgangssignal S 18, entsprechend sgn i 1, liefert, mit dem Wert 0 verglichen. Das Ausgangssignal S 18 hat den Wert logisch 1 für Δ U<O; andernfalls hat es den logischen Wert 0. Das Ausgangssignal Δ U des Summierers 17 ist ferner über ein Betragsglied 19, das ausgangsseitig ein Betragssignal |Δ U | liefert, einem Spannungskomparator 20 zuge­ führt, in dem das Betragssignal |Δ U | mit einem vorgebbaren Grenzwert Δ U G verglichen wird. Das Ausgangssignal S 20 des Spannungskomparators 20 hat den logischen Wert 1 für |Δ U |<Δ U G ; andernfalls hat es den logischen Wert 0. Δ U G wird vorzugsweise mit dem Wert U d /20 vorgegeben. Außer den Signalen S 18 und S 20 werden dem Mikroprozessor 15 die maschinenseitigen Strom­ richtungssignale sgn i R, sgn i S, sgn i T sowie bei Wechselstrom­ speisung zusätzlich netzseitige Stromrichtungssignale sgn i 1, sgn i 2, sgn i 3, vgl. Fig. 2, zugeführt.
Fig. 4 zeigt eine bezüglich Fig. 3 alternative Schaltung zur Erfassung der Grenzwertüberschreitungen von Δ U. Ein an den Ausgang des Summierers 17 angeschlossener Spannungskomparator 48 liefert ein Ausgangssignal S 48, das für Δ U<Δ U G den logischen Wert f=1 annimmt. Ein weiterer Spannungskomparator 49, der eingangsseitig spannungsmäßig entgegengesetzt angeschlossen ist wie der Spannungskomparator 48, liefert ausgangsseitig ein Ausgangssignal S 49, das für -Δ U<Δ U G den logischen Wert g=1 annimmt. Die Signale S 48 und S 49 werden anstelle der Signale S 18 und S 20 dem Mikroprozessor 15 zugeführt.
Die Fig. 5a)-5f) zeigen die Bildung von symmetrischen Steuersignalen ST 1 o, ST 1 u, ST 2 u, ST 2 o im Pulsphasenumsetzer 14 gemäß Fig. 3. Fig. 4g) zeigt den Zeitverlauf einer daraus abgeleiteten verketteten Phasenspannung u RS , vgl. Fig. 1. Die Dauer der an die Asynchronmaschine 10 bzw. 45 angelegten Spannungsblöcke, vgl. Fig. 5g), wird einem sinusförmigen Spannungssollwert u ref , vgl. Fig. 5a) und 5d) angepaßt, wodurch sich eine gute Annäherung an die gewünschte sinusförmige Grundschwingung ergibt. Die Pulsbreitenmodulation erfolgt nach dem Unterschwingungsverfahren. Das Unterschwingungsver­ fahren stellt ein synchronisiertes Pulsverfahren dar, bei dem die Pulsfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Ausgangs­ frequenz (z.B. 12fachtaktung) ist. Das Taktverhältnis wird über die Grundfrequenz zu berechneten Zeitpunkten umgeschaltet. Durch Vergleich einer dreieckförmigen Hilfsspannung u H mit der gewünschten sinusförmigen Ausgangsspannung u ref ermittelt eine nicht dargestellte Steuerungslogik die Umschaltzeitpunkte für die einzelnen Thyristoren, vgl. Fig. 5b), Fig. 5c) bzw. 5e), 5f). Die Ausgangsspannung wird durch Veränderung der Breite des Zwischenpulses verstellt.
Beim Zünden der GTO-Thyristoren T 1 o und T 1 u wird vorausgesetzt, daß vorher die GTO-Thyristoren T 2 o bzw. T 2 u bereits leitend waren.
Mit Dreipunktstromrichtern sind folgende 7 Spannungs- bzw. Schaltzustände einstellbar, vgl. z.B. die verkettete Maschinen­ spannung u RS in Fig. 1:
  • 1. Volle Spannung positiv, kurz bezeichnet mit VSP: Die Thyri­ storen T 1 o und T 2 o des Dreipunktstromrichters SR sind leitend und dessen Thyristoren T 2 u, T 1 u gesperrt. Gleichzeitig befindet sich der Schalter des Dreipunktstromrichters SS in seiner unteren Schaltposition, entsprechend 0-Potential bzw. dem tiefsten gleichstromseitigen Potential des Dreipunkt­ stromrichters. In dieser Schaltposition fließt der Phasen­ strom i R von 1 über 2, T 1 o, T 2 o, 7, 11, 12, 8, SS, 5 nach 6.
  • 2. Halbe Spannung positiv oben, kurz bezeichnet mit dem Buch­ staben a: Die Thyristoren T 1 o und T 2 o von SR sind leitend. Der Schalter von SS befindet sich in der eingezeichneten Mittelposition, entsprechend dem Potential U d / 2. In dieser Position wird der Spannungsteilerkondensator C 1 belastet.
  • 3. Halbe Spannung positiv unten, kurz bezeichnet mit b: Nur der Thyristor T 2 o von SR ist leitend. Der Schalter von SS befindet sich in seiner unteren Schaltposition. Dabei wird der Spannungsteilerkondensator C 2 belastet.
  • 4. Nullspannung.
  • 5. Halbe Spannung negativ unten, kurz bezeichnet mit c: Die Thyristoren T 1 u und T 2 u von SR sind leitend. Der Schalter von SS befindet sich in seiner mittleren Position. C 2 wird belastet.
  • 6. Halbe Spannung negativ oben, kurz bezeichnet mit d: die Thyristoren T 1 o und T 2 o von SR sind leitend. Der Schalter von SS befindet sich in seiner oberen Position. C 1 wird belastet.
  • 7. Volle Spannung negativ, kurz bezeichnet mit VSN: Die Thyri­ storen T 1 u und T 2 u von SR sind leitend. Der Schalter von SS befindet sich in seiner oberen Position.
Ohne besondere Steueurungsmaßnahme wird bei Zuständen, in denen die halbe Spannung gefordert wird, alternierend C 1 und C 2 belastet. Dabei kann es jedoch z.B. infolge ungleich langer Spannungsblöcke zu unerwünschten Unsymmetrien der an den Span­ nungsteilerkondensatoren C 1 und C 2 anliegenden Kondensator­ teilspannungen U 1 bzw. U 2 kommen.
Zur Beseitigung bzw. Verringerung derartiger Spannungsunsymme­ trien wird die Spannungsaufteilung auf den Spannungsteilerkon­ densatoren C 1 und C 2 überwacht und dann, wenn der Betrag der Spannungsdifferenz Δ U den Grenzwert Δ U G überschreitet, derjenige Spannungsteiler, bei Zuständen mit halber Spannung, belastet, der von beiden die auszuregelnde Teilspannung aufweist. Dabei wird ggfs. von der normalen, symmetrischen Thyristorzündfolge abgewichen, wie sie vom Pulsphasen-Umsetzer 14 vorgegeben wird.
Bezeichnet man mit a, b, c, d die vom Pulsphasen-Umsetzer 14 vorgegebenen Spannungs- bzw. Thyristorschaltzustände mit halber Spannung gemäß obengenannter Bedeutung und mit a′, b′, c′, d′ die daraus abgeleiteten und ggf. modifizierten, asymmetrischen Zustände mit halber Spannung, mit denen die Dreipunktstromrichter tatsächlich gesteuert werden, so gelten für diese folgende logischen Beziehungen, bezogen auf die Phase X=R, S, T der Wechselrichter bzw. der maschinenseitigen Dreipunktstromrichter SR, SS, ST bzw. 34-39 sowie für die netzseitigen Dreipunktstromichter 28-33 mit den netzseitigen Wechselströmen i X mit X=1, 2, 3:
Dabei bedeutet die Bedingung e: | Δ U | <Δ U G . Ein Strich über der jeweiligen Bedingung bedeutet deren Negierung. Ergibt z.B. die Beziehung (1) den logischen Wert "true", so bedeutet dies, daß der Thyristor-Schaltzustand a bezüglich z.B. der Phase X eingestellt wird. Andernfalls wird der Zustand b′ X =b oder c′ X=e oder d′ X=d eingestellt, für den die Beziehung (2) oder (3) oder (4) den logischen Wert "true" hat. Nur eine von den 4 Beziehungen (1)-(4) kann jeweils den logischen Wert "true" haben, die anderen haben jeweils den logischen Wert "false". Die Berechnung dieser Beziehungen (1)-(4) erfolgt im Mikroprozessor 15.
Unterscheidet man die Thyristoren der Dreipunktstromrichter 28 bzw. 30, 32 durch den Buchstaben A von den mit B gekennzeich­ neten Thyristoren der Dreipunktstromrichter 29 bzw. 31, 33, so erhält man für die modifizierten Schalt- bzw. Zündsignale der Thyritoren in BOOL′scher Form die Beziehungen:
wobei erforderliche Thyristor-Sperrzeiten beigefügt werden müssen und F ein z.B. von einem Lokomotivführer vorgebbares Freigabesignal bedeutet.
Bei der Verwendung der Erfassungsschaltung für Δ U-Grenzwert­ überschreitungen gemäß Fig. 4 gelten anstelle der Beziehungen (1)-(4) nachfolgende Beziehungen:
Dabei bedeuten: f den Zustand: Δ U<Δ U G und g den Zustand: -Δ U<Δ U G .
Die Fig. 6 zeigt einen durch Simulation erzeugten zeitabhängigen Verlauf der Differenzspannung Δ U für einen Umrichter gemäß Fig. 2. In einem durch einen Pfeil gekennzeichneten Zeitpunkt t 1 wurde die Symmetrierung der netzseitigen Dreipunktwechsel­ richter 28-33 eingeschaltet. Es zeigt sich, daß nach diesem Zeitpunkt t 1 die Spannungsdifferenz Δ U bedeutend geringer ist als vorher.
Fig. 7 zeigt einen simulierten Zeitverlauf der Spannungen U 1 und U 2 an den Kondensatoren C 1 und C 2 vor und nach dem Einschaltzeitpunkt t 1 der Symmetrierung bei den Dreipunkt­ stromrichtern SR, SS, ST gemäss Fig. 1. Auch hier ist erkennbar, daß kurz nach dem Einschalten der Symmetrierung die Spannungs­ differenzen schnell abnehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Symmetrierung bringt bereits bei Anwendung auf eine Umrichterseite (Vierquadrantensteller oder Wechselrichter) einen deutlichen Erfolg. Insbesondere bei der Stromversorgung von Hilfsbetriebeeinrichtungen von Lokomotiven, die mit halber Umrichterspannung gespeist werden, was ohne Ausgleich zu Unsymmetrien der Spannung an den Span­ nungsteilerkondensatoren C 1 und C 2 führen würde, ist eine Anwendung des Symmetrierungsverfahrens auf alle Dreipunktstrom­ richter, sowohl gleichrichter- als auch wechselrichterseitig, vorteilhaft. Eine Asymmetrie der Kondensatorteilspannungen wird durch eine gezielte "Zwillingsasymmetrie" bekämpft. Mehr­ fachschalthandlungen werden von Seiten der Vierquadranten­ steller nicht verursacht.
Es versteht sich, daß anstelle zweier Kondensatorteilspannungen U 1 und U 2 eine Teilspannung und die Gesamtgleichspannung bzw. die Zwischenkreisgleichspannung miteinander verglichen und auf eine Grenzwertüberschreitung überwacht werden können. Es können auch Stromrichter mit mehr als 2 Teilspannungen vorgesehen werden, wobei deren Spannungsstufen zweckmäßiger­ weise gleich groß gewählt werden. Wichtig ist, daß beim Belasten von Teilspannungsstufen diejenigen ausgewählt werden, deren Kondensatoren durch die Belastung eine Spannungssymmetrie­ rung bewirken. Beim Speisen von Kondensatoren wird bei Schalt­ zustäden mit Teilspannung vorteilhafterweise derjenige Span­ nungsteilerkondensator ausgewählt, dessen Spannung am niedrig­ sten ist. Beim Belasten wird derjenige Spannungsteilerkonden­ sator ausgewählt, dessen Spannung am größten ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Symmetrierung der Spannungsaufteilung an mindestens 2 Mehrpunkt-Stromrichtern,
  • a) welche Stromrichter gleichspannungsseitig mit mindestens 2 in Reihe geschalteten Spannungsteilerkondensatoren (C 1- C 6) in Wirkverbindung stehen, an denen eine Gesamt­ gleichspannung (U d ) und mindestens eine 1. und 2. Teil­ spannung (U 1, U 2) abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet,
  • b) daß mindestens 2 dieser Teilspannungen (U 1, U 2) oder mindestens eine Teilspannung (U 1) und die Gesamtgleich­ spannung (U d , U 1+U 2) detektiert werden,
  • c) daß mindestens 2 Teilspannungen oder mindestens eine Teilspannung und die Gesamtgleichspannung miteinander verglichen werden,
  • d) daß die mindestens 2 Stromrichter (SR, SS) gleichspan­ nungsseitig von einer 1. Teilspannung (U 1, U 2) auf eine 2. Teilspannung (U 2, U 1) umgeschaltet werden,
  • e) wenn das Ergebnis des Spannungsvergleichs einen vorgeb­ baren Grenzwert (Δ U G ) überschreitet,
  • f) derart, daß die Stromrichter von einer auf eine andere Teilspannung umgeschaltet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten von einer 1. auf eine 2. Teilspannung (U 1, U 2) nur dann erfolgt, wenn von den Stromrichtern eine Teil­ spannung verlangt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspannungen an den Stromrichtern (SR, SS, ST; 28- 39) nicht umgeschaltet werden, solange an ihnen eine Teil­ spannung anliegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gesamtgleichspannung die Zwischenkreis­ spannung (U 1+U 2) eines Umrichters (28-33, 34-39) ist, der sowohl gleichrichterseitig (28-33) als auch wechselrichterseitig (34-39) mindestens 2 Mehrpunktstrom­ richter aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrpunktstromrichter ein Dreipunktstromrichter ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß die unbelasteten Teilspannungen (U 1, U 2) gleich groß sind,
  • b) daß die Spannungsdifferenz (Δ U) der beiden Teilspannungen gebildet und
  • c) auf Überschreiten eines vorgebbaren Spannungsdifferenz­ grenzwertes (Δ U G ) überwacht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der Schaltzustände der mindestens 2 gleichrichter­ seitigen und/oder wechselrichterseitigen Dreipunktstrom­ richter für Schaltzustände mit Teilspannungen gemäß folgen­ den Beziehungen vorgenommen wird: mit a=halbe Spannung positiv an einem 1. Teilspannungskon­ densator C 1, b=halbe Spannung positiv an einem 2. Teil­ spannungskondensator C 2, c=halbe Spannung negativ an dem 2. Teilspannungskondensator C 2, d=halbe Spannung negativ an dem 1. Teilspannungskondensator C 1, a′, b′, c′, d′ = berechnete Zustände entsprechend a, b, c, d, sgn i X = Vorzeichen eines eingangs- und/oder ausgangsseitigen Wechselstromes i, sgn Δ U=Vorzeichen der Spannungsdifferenz Δ U=U 1-U 2 der Kondensatorteilspannungen U 1 und U 2 der 1. und 2. Teilspannungskondensatoren C 1 und C 2, e den Zustand |Δ U |<Δ U G , Δ U G =vorgebbarer Grenzwert für |Δ U |, X= Kenn­ zeichen der jeweiligen ausgangsseitigen Wechselstromphase R, S, T und/oder Nummer des eingangsseitigen Wechselstromes 1, 2, 3 ...
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der Schaltzustände der mindestens 2 gleichrich­ terseitigen und/oder wechselrichterseitigen Dreipunktstrom­ richter für Schaltzustände mit Teilspannungen gemäß folgen­ den Beziehungen vorgenommen wird: mit a=halbe Spannung positiv an einem 1. Teilspannungskon­ densator C 1, b=halbe Spannung positiv an einem 2. Teilspan­ nungskondensator C 2, c=halbe Spannung negativ an dem 2. Teilspannungskondensator C 2, d=halbe Spannung negativ sgn i=Vorzeichen eines eingangs- und/oder ausgangsseitigen Wechselstromes i, f den Zustand: Δ U<Δ U G , Δ U=U 1-U 2 die Spannungsdifferenz der Kondensatorteilspannungen U 1 und U 2 der 1. und 2. Teilspannungskondensatoren C 1 und C 2, g den Zustand: -Δ U<Δ U G .
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0534242A1 (de) * 1991-09-24 1993-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Reduzierung von Spannungsschwingungen eines Zwischenkreismittenanschlusses eines Dreipunktumrichters
EP0571755A2 (de) * 1992-04-24 1993-12-01 Hitachi, Ltd. Leistungswandler zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Dreistufenwechselspannung, die eine positive, eine null- und eine negative Spannung aufweist
EP0533158A3 (de) * 1991-09-20 1994-12-28 Hitachi Ltd
DE4441758A1 (de) * 1994-11-23 1996-05-30 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung von Oberschwingungs-Netzrückwirkungen eines selbstgeführten Multilevel-Wechselrichters
US5731970A (en) * 1989-12-22 1998-03-24 Hitachi, Ltd. Power conversion device and semiconductor module suitable for use in the device

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5731970A (en) * 1989-12-22 1998-03-24 Hitachi, Ltd. Power conversion device and semiconductor module suitable for use in the device
US5929519A (en) * 1989-12-22 1999-07-27 Hitchi, Ltd. Semiconductor module including switching device chips and diode chips
EP0533158A3 (de) * 1991-09-20 1994-12-28 Hitachi Ltd
US5459655A (en) * 1991-09-20 1995-10-17 Hitachi, Ltd. Neutral-point clamped inverter device using semiconductor modules
EP0838855A2 (de) * 1991-09-20 1998-04-29 Hitachi, Ltd. Halbleitermodul
EP0838855A3 (de) * 1991-09-20 1998-07-29 Hitachi, Ltd. Halbleitermodul
EP0534242A1 (de) * 1991-09-24 1993-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Reduzierung von Spannungsschwingungen eines Zwischenkreismittenanschlusses eines Dreipunktumrichters
EP0571755A2 (de) * 1992-04-24 1993-12-01 Hitachi, Ltd. Leistungswandler zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Dreistufenwechselspannung, die eine positive, eine null- und eine negative Spannung aufweist
EP0571755A3 (en) * 1992-04-24 1994-07-20 Hitachi Ltd Power converter for converting dc voltage into ac phase voltage having three levels of positive, zero and negative voltage
DE4441758A1 (de) * 1994-11-23 1996-05-30 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung von Oberschwingungs-Netzrückwirkungen eines selbstgeführten Multilevel-Wechselrichters

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