DE3913675C1 - Commutating arrangement, for frequency converter - has thyristors galvanically connected in pairs and antiparallel to each mains and consumer phase - Google Patents

Commutating arrangement, for frequency converter - has thyristors galvanically connected in pairs and antiparallel to each mains and consumer phase

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Georg Dipl.-Ing. 8000 Muenchen De Hienz
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Abstract

The thyristors are connected in pairs and antiparallel between each user phase and to the poles of a capacitor whereby the user phase to be non-commutating by ignition of a thyristor is connected to one pole of the capacitor and the user phase to be commutating by the ignition of the thyristors is connected to the other pole of the capacitor, so that the current to be non commutating flows across the capacitor and this related to its previous charge condition discharges. ADVANTAGE - Gives user commutating in addition to main commutating depending on user frequency, realised at low hardware cost.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kommutierungseinrichtung für einen Direktumrichter, insbesondere von der Art wie er in der deutschen Patentschrift 35 02 204 beschrieben ist. Dabei handelt es sich um einen Direktumrichter mit natürlicher Kommutierung, zum Betreiben eines m-phasigen elektrischen Verbrauchers, vorzugsweise einer elektrischen Maschine, mit der Frequenz f, an einem M-phasigen Wechselspannungsnetz der Frequenz F, wobei der Direktumrichter eine Anzahl von 2 · M · m Thyristoren umfaßt, welche paarweise und antiparallel mit jeder Netzphase und jeder Verbraucherphase galvanisch verbunden sind. Ein wesentliches Kennzeichen des bekannten Direktumrichters besteht darin, daß abgesehen von kommutierungsbedingten Überlappungszeiten jeweils nur zwei Netz- bzw. Verbraucherphasen gleichzeitig Strom führen.The invention relates to a commutation device for a direct converter, in particular of the type as described in German Patent 35 02 204. It is a natural commutation direct converter for operating a m- phase electrical load, preferably an electrical machine, with the frequency f , on an M- phase ac network of frequency F , where the cycloconverter has a number of 2 · M · m comprises thyristors, which are galvanically connected in pairs and antiparallel with each mains phase and each consumer phase. An essential characteristic of the known cycloconverter is that, apart from commutation-related overlap times, only two mains or consumer phases simultaneously carry current.

Wegen des vom Netz abhängigen Charakters der natürlichen Kommutierung erfolgen die Kommutierungsvorgänge zu festen Zeitpunkten, welche ausschließlich durch die Netzfrequenz bestimmt sind. In Abhängigkeit von der eingestellten Ausgangsfrequenz und Ausgangsspannung sind dabei Schwebungen der Periode der Verbraucherströme unvermeidbar. Bei Verbrauchern in Form elektrischer Maschinen, insbesondere Asynchronmotoren wirken sich diese Schwebungen nachteilig auf die Rundlaufeigenschaften aus.Because of the network dependent nature of the natural Commutation done the commutation at fixed times, which exclusively by the mains frequency are determined. Dependent on from the set output frequency and output voltage are beats of the period of Consumer flows unavoidable. For consumers  in the form of electrical machines, in particular asynchronous motors These beats are detrimental on the concentricity properties.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, zusätzlich zur Netzkommutierung eine Verbraucherkommutierung, die in Abhängigkeit von der Verbraucherfrequenz erfolgt, vorzusehen, welche sich mit einem geringen Aufwand an Hardware verwirklichen läßt.In contrast, the present invention is the Task underlying, in addition to the network commutation a consumer commutation depending on provided by the consumer frequency, which deals with a small amount of hardware let realize.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein besonders vorteilhafter Ansteuerungsalgorithmus ist in Anspruch 2 gekennzeichnet.This object is achieved by the characterizing features of the claim 1 solved. A particularly advantageous control algorithm is characterized in claim 2.

Die Verbraucherkommutierungseinrichtung gemäß dem Erfindungsvorschlag ist in Bild 1 in Verbindung mit einem Direktumrichter (siehe Bild 1.1) nach dem deutschen Patent 35 02 204 allgemein dargestellt. Demzufolge wird auf die Gesamtoffenbarung der deutschen Patentschrift 35 02 204 ausdrücklich als Teil der Offenbarung gemäß vorliegender Patentanmeldung Bezug genommen.The consumer commutation according to the invention proposal is shown in Figure 1 in conjunction with a direct converter (see Figure 1.1) according to German Patent 35 02 204 in general. Accordingly, the entire disclosure of German Patent 35 02 204 is expressly incorporated by reference as part of the disclosure of this application.

Der vorliegende Erfindungsvorschlag umfaßt im wesentlichen einen Kommutierungskondensator, an dessen Polen F, K eine Anzahl von 4-m-Thyristoren T, wie dargestellt, geschaltet sind.The present invention proposal essentially comprises a commutation capacitor, to whose poles F, K a number of 4 m thyristors T , as shown, are connected.

Auf einem anderen Gebiet, nämlich jenen der Stromzwischenkreis-Umrichtertechnik sind Kommutierungsschaltungen bekannt, welche mehrere Kondensatoren und außerdem noch zusätzliche Ventile zwischen Netz und Verbraucher umfassen; durch diese Ventile erhöhen sich die Durchlaßverluste des Umrichters.In another field, namely those of the power link converter technology are commutation circuits known which several capacitors and also additional valves between mains and consumers include; increase through these valves the on-state losses of the inverter.

Im Rahmen der Erfindung genügt es, einfache Netzthyristoren einzusetzen, da die Kommutierungszeitpunkte hinreichend weit auseinanderliegen, so daß relativ lange Schonzeiten zur Verfügung stehen.In the context of the invention, it is sufficient, simple network thyristors since the commutation times sufficiently far apart, so that relatively long seasons are available.

Durch den Erfindungsvorschlag wird erstmals ein Direktumrichter auf Thyristorbasis geschaffen, der mit einer Kommutierungshilfe ausgestattet ist, die einen verlustarmen Betrieb des Umrichters gewährleistet, da immer nur ein Ventil zwischen Netz und Verbraucher geschaltet ist.By the invention proposal is the first time Direct current converter created on thyristor basis, which is equipped with a commutation aid, which ensures a low-loss operation of the inverter, there is always only one valve between the network and consumers switched.

Durch die in der Variante gemäß Anspruch 2 vorgesehene Möglichkeit eines Freilaufstroms ist ein Kondensator mit relativ kleiner Kapazität ausreichend mit der gleichzeitigen Folge, daß das gesamte Spannungsniveau sowohl der Kommutierungseinrichtung als auch des Umrichters nach oben hin begrenzbar ist.By provided in the variant according to claim 2 Possibility of a freewheeling current is a capacitor with a relatively small capacity sufficient with the simultaneous consequence that the entire voltage level  both the commutation and the Inverter is limited to the top.

Der besondere Vorteil des Erfindungsvorschlags zeigt sich in der elektrischen Antriebstechnik, dort insbesondere bei Verwendung von Asynchronmaschinen.The particular advantage of the invention proposal shows up in the electric drive technology, in particular when using asynchronous machines.

In Ergänzung zu Bild 1 ist der in der deutschen Patentschrift 35 02 204 beschriebene Direktumrichter (dort Bild 1) in Bild 1.1 nochmals übereinstimmend dargestellt. Bild 1.1 zeigt die Schaltung des Direktumrichters bei M-phasigem Netz und m-phasigem Verbraucher. Das gleichzeitig stromführende Thyristorpaar T X,y und T x,Y ist erkennbar dargestellt.In addition to Figure 1 of the direct converter described in the German Patent 35 02 204 (Figure 1 there) is shown again in Figure 1.1 matching. Figure 1.1 shows the circuit of the cycloconverter with M- phase network and m- phase consumer. The simultaneously current-carrying thyristor pair T X, Y and T x, Y is shown recognizable.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im folgenden die Funktion der vorgeschlagenen Kommutierungseinrichtung anhand der Bilder 2.1 bis 2.4 näher erläutert. Jedes dieser Bilder zeigt lediglich einen Ausschnitt aus Bild 1, wobei vom Direktumrichter beispielhaft der Kommutierungsvorgang vom Thyristor T x₀,Y zum Thyristor T x₁,Y dargestellt ist. Dabei sind die stromführenden Thyristoren durch eine schwarze Markierung gekennzeichnet. For a better understanding of the present invention The operation of the proposed commutation is illustrated by the images 2.1 to 2.4. Each of these images shows only a portion of Figure 1, wherein the direct converter example of the commutation of the thyristor T x₀, Y to the thyristor T x₁, Y is shown. The current-carrying thyristors are characterized by a black mark.

Bild 2.1 zeigt den Zustand vor der Kommutierung. Der Strom fließt aus der Netzphase X über T X,y in die Verbraucherphase y und zurück aus der Verbraucherphase x₀ über T x₀,Y in die Netzphase Y. Aufgrund des vorhergehenden Kommutierungsvorgangs ist der Kondensator wie dargestellt K (+) und F (-) geladen. Figure 2.1 shows the condition before the commutation. The current flows from the mains phase X via T X, y into the consumer phase y and back from the consumer phase x ₀ via T x₀, Y into the mains phase Y. Due to the preceding commutation process, the capacitor is charged as shown K (+) and F (-).

Bild 2.2 zeigt die zu Beginn des Kommutierungsvorgangs stattfindende Überlappungsphase. Durch Zündung des Thyristors T x₁,Y fließt der Strom sowohl über die Phase x₀ als auch über x₁ zurück in die Netzphase Y. Figure 2.2 shows the overlapping phase at the beginning of the commutation process. By ignition of the thyristor T x₁, Y , the current flows through both the phase x ₀ and x ₁ back into the network phase Y.

Bild 2.3 zeigt die durch Zündung der Thyristoren T x₀,F und T K,x₁, gemäß Anspruch 1, stattfindende Umleitung des Stromes aus der Verbraucherphase x₀ über T x₀,F den Kondensator und T K,x₁ in die Verbraucherphase x₁. Figure 2.3 shows the by ignition of the thyristors T x₀, F and T K, x₁ , according to claim 1, taking place redirecting the current from the consumer phase x ₀ via T x₀, F the capacitor and T K, x₁ in the consumer phase x ₁.

Der vorher mit F (-) und K (+) geladene Kondensator wird im Laufe des Kommutierungsvorgangs auf F (+) und K (-) umgeladen.The capacitor previously charged with F (-) and K (+) is reloaded to F (+) and K (-) during the commutation process.

Bild 2.3.1 zeigt den bei induktiver Last, relativ hohen Strömen bzw. kleinen Kapazitätswerten des Kondensators stattfindenden Freilauf, gemäß Anspruch 2. Durch zusätzliches Zünden des Thyristors T F,y kann der Verbraucherstrom nach erfolgter Umladung des Kondensators aus x₀ jetzt über T x₀,F und T F,y in die Verbraucherphase y zurückfließen (Freilauf). Figure 2.3.1 shows the freewheel taking place under inductive load, relatively high currents or small capacitance values of the capacitor, according to claim 2. By additional firing of the thyristor T F, y , the load current after recharging the capacitor from x ₀ now over T x₀ , F and T F, y flow back into the consumer phase y (freewheeling).

Bild 2.4 zeigt die Situation nach erfolgter Kommutierung von x₀ auf x₁. Der jetzt mit F (+) und K (-) geladene Kondensator steht für den nächsten Verbraucher-Kommutierungsvorgang (von y₀ auf y₁) bereit. Figure 2.4 shows the situation after commutation from x ₀ to x ₁. The now charged with F (+) and K (-) capacitor is ready for the next consumer commutation process (from y ₀ to y ₁).

Claims (2)

1. Kommutierungseinrichtung für einen Direktumrichter, welcher eine Anzahl von 2 · M · m Thyristoren umfaßt, welche paarweise und antiparallel mit jeder Netzphase und jeder Verbraucherphase galvanisch verbunden sind, insbesondere gemäß DE-PS 35 02 204, bestehend im wesentlichen aus einer Anzahl von 4-m-Thyristoren und einem Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristoren paarweise und antiparallel zwischen jeder Verbraucherphase 1 . . . m und den Polen (K, F) des Kondensators geschaltet sind (Bild 1), wobei die abzukommutierende Verbraucherphase x₀ bzw. y₀ durch Zündung des Thyristors T x₀,F bzw. T F,y₀ mit einem Pol (F) des Kondensators und die anzukommutierende Verbraucherphase x₁ bzw. y₁ durch Zündung des Thyristors T K,x₁ bzw. T y₁,K mit dem anderen Pol (K) des Kondensators verbunden werden, so daß der abzukommutierende Strom über den Kondensator fließt und diesen, bezogen auf seinen vorhergehenden Ladezustand, umlädt, und wobei die folgenden Definitionen gelten: M : Anzahl der Netzphasen, mit M 2, m : Anzahl der Verbraucherphasen, mit m 2, x : Positive ganze Zahl 1x m zur Bezeichnung der vom Verbraucher zum Direktumrichter stromführenden Verbraucherphase, y : Positive ganze Zahl 1y m zur Bezeichnung der vom Direktumrichter zum Verbraucher stromführenden Verbraucherphase, x₀, y₀ : Stromführende Verbraucherphase, die infolge des Kommutierungsvorgangs abkommutiert wird (abzukommutierende Verbraucherphase), x₁, y₁ : Verbraucherphase, die infolge der Kommutierung den in x₀ bzw. y₀ fließenden Strom übernimmt (anzukommutierende Verbraucherphase), T x,F; T y,F; T x,K; T y,K : Thyristor, dessen Anode mit der Verbraucherphase x bzw. y und dessen Kathode mit dem Kondensatorpol F bzw. K verbunden ist, (Bild 1), T K,x; T K,y; T F,x; T F,y : Thyristor, dessen Anode mit dem Kondensatorpol K bzw. F und dessen Kathode mit der Verbraucherphase x bzw. y verbunden ist (Bild 1).
1. commutation device for a direct converter, which comprises a number of 2 · M · m thyristors, which are galvanically connected in pairs and antiparallel with each mains phase and each consumer phase, in particular according to DE-PS 35 02 204, consisting essentially of a number of 4th - M thyristors and a capacitor, characterized in that the thyristors in pairs and antiparallel between each consumer phase. 1 , , m and the poles (K, F) of the capacitor are connected ( Figure 1), wherein the abzukommutierende consumer phase x ₀ or y ₀ by firing the thyristor T x₀, F and T F, y₀ with a pole (F) of the capacitor and the commutated consumer phase x ₁ and y ₁ by ignition of the thyristor T K, x₁ or T y₁, K are connected to the other pole (K) of the capacitor, so that the abkommutierende current flows through the capacitor and this, based on its previous state of charge, recharges, and where the following definitions apply: M : Number of network phases, with M 2, m : Number of consumer phases, with m 2, x : Positive integer 1 x m for designating the load phase that leads the consumer from the direct converter, y : Positive integer 1 y m for designating the load phase that leads from the direct converter to the load, x ₀, y ₀: Current-carrying consumer phase, which is commuted as a result of the commutation process (consumer phase to be commuted), x ₁, y ₁: Consumer phase, which, as a result of the commutation, takes over the current flowing in x ₀ or y ₀ (consumer phase to be commended), T x, F ; T y, F ; T x, K ; T y, K : Thyristor whose anode is connected to the consumer phase x or y and whose cathode is connected to the capacitor pole F or K , ( Figure 1), T K, x ; T K, y ; T F, x ; T F, y : Thyristor whose anode is connected to the capacitor pole K and F and whose cathode is connected to the consumer phase x and y ( Figure 1).
2. Kommutierungeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abzukommutierende Verbraucherphase x₀ bzw. y₀ durch zusätzliches Zünden des Thyristors T F,y bzw. T x,F mit der in Gegenrichtung stromführenden Verbraucherphase y bzw. x verbunden wird, so daß ein Freilaufstrom fließen kann.2. commutation device according to claim 1, characterized in that the abzukommutierende consumer phase x ₀ or y ₀ by additional ignition of the thyristor T F, y or T x, F is connected to the current-carrying in the opposite direction consumer phase y or x , so that a freewheeling current can flow.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3502204C2 (en) * 1985-01-24 1988-02-25 Georg Dipl.-Ing. 8000 Muenchen De Hienz

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