EP3278442A2 - Schaltung und verfahren für einen mehrphasigen betrieb einer elektrischen maschine - Google Patents

Schaltung und verfahren für einen mehrphasigen betrieb einer elektrischen maschine

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EP3278442A2
EP3278442A2 EP16722776.8A EP16722776A EP3278442A2 EP 3278442 A2 EP3278442 A2 EP 3278442A2 EP 16722776 A EP16722776 A EP 16722776A EP 3278442 A2 EP3278442 A2 EP 3278442A2
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EP
European Patent Office
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circuit
current
thyristors
switched
switching
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16722776.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johann Austermann
Holger Borcherding
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Hochschule Ostwestfalen Lippe
Original Assignee
Hochschule Ostwestfalen Lippe
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Filing date
Publication date
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    • Y04S10/126—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV], i.e. power aggregation of EV or HEV, vehicle to grid arrangements [V2G]

Definitions

  • the invention relates to a circuit and a method for operating a at least three phases of a power network via a frequency converter with a
  • Frequency converter has a rectifier, which feeds a DC voltage intermediate circuit.
  • a capacitor in this DC voltage intermediate circuit is used for smoothing and frequently provided inductance of the suppression.
  • the DC link further feeds an inverter, having controlled bridges, for which metal oxide semiconductor field effect transistors, MOSFETs, often increase in insulated gate
  • Bipolar transistors IGBT, or switching thyristors, integrated gate commutated thyristor, IGCT, find use.
  • the height of the output voltage and the frequency can be controlled within wide limits, so that, for example, electric motors can be optimally controlled.
  • DC link provided a so-called brake chopper, with which the excess energy from the
  • DC link is converted by a braking resistor into heat, which is then released to the environment. Therefore, braking resistors are regularly placed outside the frequency converter.
  • the braking resistors can be very large, of course, depending on their performance, and on the other hand, a sufficient cooling of the braking resistors must be ensured.
  • brake resistors on the roof of electric locomotives, for example.
  • Synchronous inverter which switches a one of a higher frequency clocked DC-DC controller via an inductance provided, constant current i L to the mains phase highest voltage.
  • the rate of change of current di / dt is determined by the
  • Switching speed of the synchronous inverter determines and is very high there.
  • the network impedance such as
  • Circuits is usually inductive, it can regularly come at very high rates of change in current di / dt to overvoltages, which must be limited by large network-side capacitors.
  • the circuit offers like the WO 2013/020544 AI a lot of advantages.
  • Inverter will be maintained with diode rectification and it will be in the forward branch of the motor
  • thyristors from home reverse blocking electronic switches, for switching a half wave of a mains phase has in connection with
  • Synchronous inverter are switched exactly in the zero crossing of the network phases. Otherwise, when using IGBTs as electronic switches in the
  • IGBTs are provided as electronic switches in the second bridge half according to the invention.
  • Another advantage of the circuit according to the invention is the improved electromagnetic compatibility. In most cases, the network impedance is at a disputed
  • the circuit according to the invention results in a very low rate of change of current di / dt when the synchronous inverter bridges are switched over.
  • Line filter can be used, which can be switched in an advantageous manner between the load circuits of the electronic switch in each case.
  • the load circuits of the electronic switch can be connected in a simple manner directly to the power grid.
  • Such a circuit is particularly suitable for a
  • Synchronous inverters a return of the energy generated by the machine in the power grid is carried out in the gem. of the claim 7 is based on the fact that the load current i L is switched to the maximum and / or the minimum portion of a network phase between the phase transitions of this network phase and the two nearest mains phases.
  • the current i L will not immediately assume the value zero due to the inductance of the DC adjuster, thus the thyristor remains on.
  • the IGBT also switched on ensures that the current flows off via the free-wheeling diode, thus delaying the value zero and the thyristor being extinguished.
  • a current gap i L 0 whose duration is greater than the recovery time of the thyristors must be switched over such an extreme value of a mains phase. Only at the end of the recovery time of this network phase associated thyristor can be ignited again. Between the gaps, the DC-DC controller will regulate the current i L to a constant value on average.
  • Fig. 1 a circuit according to the invention with reference to the
  • Fig. 2 the control of the synchronous inverter is explained and
  • Fig. 3 is an enlarged and supplemented section of Fig. 2 again.
  • the circuit acc. Fig. 1 shows a powered by a conventional frequency converter 1 from a three-phase power grid Li, L 2 , L 3 electrical machine M.
  • the frequency converter 1 has a conventional manner
  • a feedback circuit 5 is connected to the DC voltage intermediate circuit 3, in particular as a separate, separately formed by the frequency converter 1 assembly through which a during a
  • the feedback circuit 5 has an input side
  • the DC adjuster 6 the immediate, without protection or Decoupling diodes, is connected to the DC voltage intermediate circuit 3 and feeds a synchronous inverter 7.
  • the DC chopper 6 has an electronic switch T, an inductance L and a freewheeling diode D F and switches the current i L in the load circuit of the
  • Synchronous Inverter 7 Since in the embodiment of the DC chopper 6 picks up the positive potential of the DC voltage intermediate circuit 3, the synchronous inverter 7 as a reverse blocking switch thyristors S x , S 3 , S 5 in the upper, first
  • Bridge half 8 while the turn-off, reverse-blocking electronic switches S 2 , S ", S 6 of the second bridge half 9 are formed by IGBTs, which are connected in series with diodes D 2 , D 4 , D 6 .
  • the DC chopper adopts the negative
  • the line filter 10 has only three capacitors, which are connected between the outputs of the switches S i -S e.
  • Fig. 2 shows in an upper diagram of the phase variation of the voltage of the three mains phases L:, L 2, L 3 via the network angle ⁇ .
  • the here three network phases L lr L 2 , L 3 are each phase-shifted by 120 °.
  • Fig. 2 shows a total of that the switch Si-S 6, the energy to be fed back substantially only to the
  • the current i L is regulated by the DC chopper 6 to a constant value.
  • the conductive switches S x and S 4 switch the current i L to the phases 1 and L 2 .
  • the switch T of the DC adjuster 6 is opened and the ignition current i z for the thyristors S lr S 3 , S 5
  • the rate of change of current di / dt is predetermined by the inductance L and the mains voltage and is set to a low value in an advantageous manner.
  • the recovery time of the thyristor S x begins in accordance with. the local double arrow.

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Abstract

Bei einer Schaltung und einem Verfahren für den Betrieb einer an wenigstens drei Phasen (L1, L2, L3) eines Stromnetzes über einen Frequenzumrichter (1) mit einem Gleichspannungszwischenkreis (3) angeschlossenen elektrischen Maschine (M), bei der über einen von einem Gleichstromsteller (6) angesteuerten Synchronwechselrichter (7) mit zwei jeweils die positiven bzw. negativen Halbwellen schaltenden Brückenhälften eine Rückspeisung der von der Maschine (M) generierter Energie in das Stromnetz erfolgt, ist der Synchronwechselrichter (7) asymmetrisch derart aufgebaut, dass für das Schalten des von dem Gleichstromsteller (6) aus dem Gleichspannungszwischenkreis (3) abgegriffenen Potentials von einer ersten Brückenhälfte (8) aus Thyristoren (S1, S3, S5) als elektronische Schalter geschaltet wird und dass die zweite Brückenhälfte (9) ausschaltbare, rückwärts sperrende elektronische Schalter (S2, S4, S6) aufweist.

Description

Schaltung und Verfahren für einen mehrphasigen Betrieb einer elektrischen Maschine
Beschreibung :
Die Erfindung betrifft eine Schaltung und ein Verfahren für den Betrieb einer an wenigstens drei Phasen eines Stromnetzes über einen Frequenzumrichter mit einem
Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen elektrischen Maschine, bei denen über einen von einem Gleichstromsteller angesteuerten Synchronwechselrichter mit zwei jeweils die positiven bzw. negativen Halbwellen schaltenden
Brückenhälften eine Rückspeisung der von der Maschine
generierter Energie in das Stromnetz erfolgt.
Viele elektrische Maschinen wie bspw. Asynchron-, Synchronoder Reluktanzmaschinen werden in der Regel an
Frequenzumrichtern betrieben. Die Schaltung eines solchen
Frequenzumrichters weist einen Gleichrichter auf, der einen Gleichspannungszwischenkreis speist. Ein Kondensator in diesem Gleichspannungszwischenkreis dient der Glättung und eine häufig vorgesehene Induktivität der Entstörung. Der Zwischenkreis speist weiter einen Wechselrichter, aufweisend gesteuerte Brücken, für die häufig Metalloxid-Halbleiter- Feldeffekttransistoren, MOSFET, zunehmen Insulated Gate
Bipolartransistoren, IGBT, oder Schaltthyristoren, Integrated Gate Commutated Thyristor, IGCT, Verwendung finden.
In vorteilhafter Weise kann die Höhe der Ausgangsspannung und die Frequenz in weiten Grenzen geregelt werden, so dass bspw. Elektromotoren optimal gesteuert werden können.
Unabhängig davon, ob ein Zwei- oder Vierquadrantenbetrieb der elektrischen Maschine vorgesehen ist, wird bei einem
BESTÄTIGUNGSKOPIE Abbremsen der Maschine Energie in den
Gleichspannungszwischenkreis eingespeist .
Bei einfachen Antrieben ist in dem
Gleichspannungszwischenkreis ein sogenannter Brems-Chopper vorgesehen, mit dem die überschüssige Energie aus dem
Gleichspannungszwischenkreis von einem Bremswiderstand in Wärme umgewandelt wird, die dann an die Umgebung abgegeben wird. Deshalb werden Bremswiderstände regelmäßig außerhalb des Frequenzumrichters angeordnet.
Abgesehen davon, dass eine solche Erwärmung der Umgebung wenig effektiv ist, bedingt das Vorhersehen von
Bremswiderständen auch durchaus aufwändige bauliche
Maßnahmen, da zum einen die Bremswiderstände sehr groß sein können, naturgemäß abhängig von deren Leistung, und zum anderen eine ausreichende Kühlung der Bremswiderstände sichergestellt werden muss. So war es früher häufig üblich, Bremswiderstände beispielsweise auf dem Dach von elektrischen Lokomotiven anzuordnen.
Vor diesem Hintergrund sind insbesondere in der
Eisenbahntechnik frühzeitig aufwändige, rückspeisefähige Frequenzumrichter sowie Matrixumrichter entwickelt worden, die die generatorische Brems-Leistung der Antriebsmotoren zurück in das einphasige Bahnstromnetz speisen können.
Der bauliche Aufwand und die damit verbundenen Kosten, beispielsweise durch den Ersatz eines Diodengleichrichters durch einen Umrichter mit hochwertigen Leistungstransistoren und aufwändig dimensioniertem Netzfilter mögen sich bei großen Antriebsleistungen durchaus rechnen, jedoch finden derartige Lösungen bei vergleichsweise kleinen
Antriebseinheiten kaum Verwendung, da das Verheizen der generatorischen Energie in einem Bremswiderstand gegenüber einer Energie rückspeisenden Lösung deutlich kostengünstiger ist.
Aus der WO 2013/020544 AI ist ein Verfahren und eine
Schaltung für einen mehrphasigen Betrieb eines Elektromotors bekannt, die mit geringen Investitionskosten eine
Rückspeisung generatorischer Energie bei einem Abbremsen auch bei kleinen Antrieben wirtschaftlich ermöglichen. Dort erfolgt eine Rückspeisung der von der elektrischen Maschine generierten Energie in das Stromnetz über einen
Synchronwechselrichter, der einen von einem höherfrequent getakteten Gleichstromsteller über eine Induktivität zur Verfügung gestellten, konstanten Strom iL auf die Netzphase höchster Spannung schaltet.
Die Stromänderungsgeschwindigkeit di/dt wird durch die
Umschaltgeschwindigkeit des Synchronwechselrichters bestimmt und ist dort sehr hoch. Da die Netzimpedanz solcher
Schaltungen zumeist induktiv ist, kann es regelmäßig bei sehr hohen Stromänderungsgeschwindigkeiten di/dt zu Überspannungen kommen, die durch große netzseitige Kondensatoren begrenzt werden müssen.
Vor diesem Hintergrund macht die Erfindung es sich zur
Aufgabe, eine kostengünstige Schaltung und ein einfaches Verfahren für eine Einspeisung der von einer elektrischen Maschine im Generatorbetrieb gelieferten Energie in ein
Stromnetz anzugeben. Gelöst wird diese technische Problematik bei der in Rede stehenden Schaltung gem. des Anspruchs 1 durch die Maßnahmen, dass der Synchronwechselrichter asymmetrisch aufgebaut ist derart, dass für das Schalten des von dem Gleichstromsteller aus dem Gleichspannungszwischenkreis abgegriffenen Potentials von einer ersten Brückenhälfte aus Thyristoren als elektronische Schalter geschaltet wird und dass die zweite Brückenhälfte ausschaltbare, rückwärts sperrende
elektronische Schalter aufweist. Die Schaltung bietet wie die gemäß WO 2013/020544 AI eine Vielzahl von Vorteilen.
Insbesondere kann die übliche Schaltung eines
Frequenzumrichters mit Diodengleichrichtung beibehalten werden und es wird in den Vorwärtszweig des motorischen
Betriebes der Maschine nicht eingegriffen.
Die Verwendung von Thyristoren, von Hause aus rückwärts sperrende elektronische Schalter, für das Schalten einer Halbwelle einer Netzphase hat in Verbindung mit
ausschaltbaren, rückwärts sperrenden elektronischen Schaltern für das Schalten der anderen Halbwelle der Netzphase den Vorteil, dass Entkoppeldioden entfallen können, die in der Schaltung gem. WO2013/020544 AI ein Aufladen des
Glättungskondensators in dem Gleichspannungszwischenkreis des Frequenzumrichters bei einem Einschalten der
Rückspeiseschaltung verhindern.
Bei der Schaltung gem. WO 2013/020544 AI muss weiter
sichergestellt werden, dass die Schalter des
Synchronwechselrichters exakt im Nulldurchgang der Netzphasen umgeschaltet werden. Andernfalls kann es bei der Verwendung von IGBTs als elektronischen Schaltern in dem
Synchronwechselrichter zu einem Stromfluss über die
Inversdioden der IGBTs kommen, was zu der Zerstörung der Bauelemente führen kann.
Solche Ströme werden durch die Verwendung von rückwärts sperrenden Schaltern praktisch ausgeschlossen. Darüber hinaus ist die Verwendung von Thyristoren sehr preisgünstig und ist ihre Ansteuerung vergleichsweise
einfach .
Als elektronische Schalter sind in der zweiten Brückenhälfte nach der Erfindung insbesondere IGBTs vorgesehen,
vorzugsweise mit einer Diode in Reihe geschaltet. Hierdurch wird sichergestellt, dass es sich um ausschaltbare, rückwärts sperrende Schalter handelt.
Bei einem Verzicht auf die Entkopplungs- oder Schutzdioden kann der den Synchronwechselrichter ansteuernde
Gleichstromsteller unmittelbar an den
Gleichspannungszwischenkreis des Frequenzumrichters
angeschlossen sein.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung ist die verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit. Zumeist ist die Netzimpedanz bei einer in Rede stehenden
Rückspeiseschaltung induktiv. Daher kann es bei einem
Umschalten der Synchronwechselrichterbrücken mit einer hohen Stromänderungsgeschwindigkeit di/dt zu Überspannungen kommen. Diese müssen wie bei der Schaltung gem. WO 2013/020544 AI dann durch große netzseitige Kondensatoren begrenzt werden.
Durch die Schaltung nach der Erfindung ergibt sich bei einem Umschalten der Synchronwechselrichterbrücken jedoch eine sehr geringe Stromänderungsgeschwindigkeit di/dt. Infolge können Filterkondensatoren sehr geringer Kapazität für einen
Netzfilter verwendet werden, die in vorteilhafter Weise zwischen die Lastkreise der elektronischen Schalter jeweils geschaltet werden können. Insbesondere dann können die Lastkreise der elektronischen Schalter in einfacher Weise unmittelbar auf das Stromnetz geschaltet sein. Eine solche Schaltung bietet sich insbesondere für ein
Verfahren für den Betrieb einer an wenigstens drei Phasen eines Stromnetzes über einen Frequenzumrichter
angeschlossenen elektrischen Maschine an, bei der über einen von einem Gleichstromsteller angesteuerten
Synchronwechselrichter eine Rückspeisung der von der Maschine generierten Energie in das Stromnetz erfolgt, bei dem gem. des Anspruchs 7 erfindungsgemäß darauf abgestellt ist, dass der Laststrom iL auf den maximalen und/oder den minimalen Abschnitt einer Netzphase zwischen den Phasenübergängen dieser Netzphase und den zwei nächstliegenden Netzphasen geschaltet wird.
Infolge dieser Maßnahme wird iL über keine vollständige
Halbwelle einer Netzphase zurückgespeist, sondern es wird immer der über dem Phasenwinkel anstehende maximale bzw.
minimale Abschnitt einer Netzphase mit iL beaufschlagt.
Entsprechend müssen die elektronischen Schalter schalten. Die Thyristoren der ersten Brückenhälfte des
Synchronwechselrichters können zwar über ihren
Steueranschluss eingeschaltet, jedoch nicht wieder
ausgeschaltet werden. Ein Ausschalten bzw. Löschen erfolgt, wenn der Strom im Leistungspfad der Thyristoren einen
Nulldurchgang aufweist.
Es ist deshalb vorgesehen, dass der Gleichstromsteller für ein Löschen eines Thyristors die Verbindung zu dem
Gleichspannungszwischenkreis unterbricht, dass von dem
Gleichstromsteller in dem Strom iL im Laststromkreis der Thyristoren eine Stromlücke mit iL=0 geschaltet wird, dass mit Schalten des Gleichstromstellers der Zündstrom iz der Thyristoren abgeschaltet wird und dass der dem Thyristor zugeordnete IGBT erst nach dem Löschen des Thyristors sperrt.
Wenn der Gleichstromsteller den aus dem
Gleichspannungszwischenkreis zurückzuspeisenden Strom durch einen elektronischen Schalter unterbricht, wird der Strom iL aufgrund der Induktivität des Gleichstromstellers nicht sofort den Wert Null annehmen, mithin verbleibt der Thyristor eingeschaltet. Der ebenfalls eingeschaltete IGBT stellt aber sicher, dass der Strom über die Freilaufdiode abfließt und somit verzögert den Wert Null annimmt und der Thyristor gelöscht wird.
Es kann bspw. aus Symmetriegründen oder aufgrund der
Verwendung spezieller elektronischer Schalter zweckmäßig sein, dass für das Ausschalten eines jeden elektronischen Schalters eine Stromlücke iL=0 geschaltet wird.
Bedingt durch das Ausschalten aller elektronischer Schalter des Synchronwechselrichters über den Schnitt zweier
Netzphasen über dem Phasenwinkel werden dann auch solche Thyristoren gelöscht, die gerade einen maximalen oder
minimalen Anteil einer Halbwelle einer Netzphase schalten sollen. Diese sind dann erneut zu zünden, regelmäßig nach dem Durchgang des Maximums bzw. Minimums einer solchen Netzphase.
Aus diesem Grunde muss über einen solchen Extremwert einer Netzphase eine Stromlücke iL=0 geschaltet werden, deren Dauer größer bemessen ist als die Freiwerdezeit der Thyristoren. Erst mit Ablauf der Freiwerdezeit kann der dieser Netzphase zugeordnete Thyristor erneut gezündet werden. Zwischen den Lücken wird der Gleichstromsteller den Strom iL auf einen im Mittel konstanten Wert regeln.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der lediglich Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1: eine Schaltung nach der Erfindung Anhand der
idealisierten
Fig. 2: wird die Ansteuerung des Synchronwechselrichters erläutert und
Fig. 3: gibt einen vergrößerten und ergänzten Ausschnitt aus Fig. 2 wieder.
Die Schaltung gem. Fig. 1 zeigt eine über einen herkömmlichen Frequenzumrichter 1 aus einem dreiphasigen Stromnetz Li , L2, L3 gespeiste elektrische Maschine M.
Der Frequenzumrichter 1 weist in üblicher Weise einen
Diodengleichrichter 2 mit einem Glättungskondensator C, einen Gleichspannungszwischenkreis 3 und einen aus dem
Gleichspannungszwischenkreis 3 gespeisten Wechselrichter 4 auf .
Erfindungsgemäß ist an den Gleichspannungszwischenkreis 3 eine Rückspeiseschaltung 5 angeschlossen, insbesondere auch als eigenständige, von dem Frequenzumrichter 1 gesondert ausgebildete Baugruppe, durch die eine während eines
generatorischen Betriebes der Maschine M erzeugte Energie in das Stromnetz Li , L2, L3 zurückgespeist wird.
Die Rückspeiseschaltung 5 weist eingangsseitig einen
Gleichstromsteller 6 auf, der unmittelbar, ohne Schutz- oder Entkoppeldioden, an den Gleichspannungszwischenkreis 3 angeschlossen ist und der einen Synchronwechselrichter 7 speist . Der Gleichstromsteller 6 weist einen elektronischen Schalter T, einer Induktivität L und einer Freilaufdiode DF auf und schaltet den Strom iL in dem LastStromkreis des
Synchronwechselrichters 7 Da bei dem Ausführungsbeispiel der Gleichstromsteller 6 das Pluspotential des Gleichspannungszwischenkreis 3 abgreift, weist der Synchronwechselrichter 7 als rückwärts sperrende Schalter Thyristoren Sx, S3, S5 in der oberen, ersten
Brückenhälfte 8 auf, während die ausschaltbaren, rückwärts sperrenden elektronischen Schalter S2, S„, S6 der zweiten Brückenhälfte 9 durch IGBTs ausgebildet werden, die mit Dioden D2, D4, D6 in Reihe geschaltet sind.
Greift alternativ der Gleichstromsteller das negative
Potential des Gleichstromzwischenkreises ab, so ergibt sich eine spiegelbildliche Schaltungstopologie .
Bei dem Ausführungsbeispiel sind weiter die Ausgänge der Schalter Si- Sg unmittelbar auf die Netzphasen Li-L3 geschaltet . Bei dem dennoch vorgesehenen Netzfilter 10 ist auf
Induktivitäten gänzlich und auf Kondensatoren großer
Kapazität verzichtet. Der Netzfilter 10 weist lediglich drei Kondensatoren auf, die zwischen die Ausgänge der Schalter S i- S e geschaltet sind.
Das Verhalten der Schaltung gem. Fig. 1 wird anhand der Fig. 2 und 3 weiter erläutert.
Fig. 2 zeigt in einem oberen Diagramm den Phasenverlauf der Spannung der drei Netzphasen L:, L2, L3 über dem Netzwinkel φ. Die hier drei Netzphasen Llr L2, L3 sind jeweils um 120° phasenverschoben .
In dem unteren Diagramm der Fig. 2 ist idealisiert das
Schaltverhalten der elektronischen Schalter Si~ S6 über den Netzwinkel φ dargestellt. Darunter ist die Freigabe der Pulsweitenmodulation des Gleichstromstellers 6 PWM
aufgetragen, in deren Pausenzeiten für das Ausschalten der Thyristoren die Löschbedingung iL=0 auftritt.
Fig. 2 zeigt insgesamt auf, dass die Schalter Si-S6 die zurückzuspeisende Energie im Wesentlichen nur auf die
maximalen bzw. minimalen Abschnitten einer Netzphase zwischen den Schnittpunkten mit den beiden anderen Phasen schaltet. So leitet bspw. Si etwa zwischen den Phasenwinkeln φ=30° und φ=150°. Mit Sperren des Schalters Si leitet dann S3 bis etwa φ=270° usw.. Entsprechendes gilt für die Low-Side.
Für ein Löschen eines Thyristors S i,S3,S5 ist neben dem
Abschalten des Zündstroms iz notwendig, dass der Strom iL Null wird. Um dies sicherzustellen, unterbricht der
elektronische Schalter T des Gleichstromstellers 6 die
Verbindung zu dem Gleichspannungszwischenkreis 3. Dies hat jedoch iL=0 nicht unmittelbar zur Folge. Vielmehr müssen die IGBTs S2, S4, S6 etwas länger eingeschaltet verbleiben als die entsprechenden Thyristoren Si , S3, S5, damit iL der
Induktivität L über die Freilaufdiode DF abgebaut werden kann. Erst mit iL=0 wird der entsprechende Thyristor Si , S3, S5 gelöscht .
Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 muss zwingend eine derartige Stromlücke iL=0 bei einem Phasenwinkel von etwa <p=30° für den Phaseübergang von L3 auf Llt bei einem
Phasenwinkel von etwa φ=150° für den Phasenübergang von Lx auf L2 und bei einem Phasenwinkel von etwa φ=270° für den Phasenübergang von L2 auf L3 geschaltet werden.
Fig. 2 zeigt weiter auf, dass bei dem Ausführungsbeispiel diese Stromlücken iL=0 auch bei der Abschaltung der IGBTs S2 , S4 und S6 vorgesehen ist, beispielsweise aus
Symmetriegründen. Insbesondere wird jedoch durch diese
Maßnahme das EMV-Verhalten verbessert, da iL wieder über die Freilaufdiode DF abgebaut wird. Damit werden auch die
leitenden Thyristoren im Bereich der Maxima der
entsprechenden Netzphase gelöscht. Hierdurch ergeben sich kleine Stromänderungsgeschwindigkeiten di/dt.
Dieses Schaltverhalten wird anhand der Fig. 3 beispielhaft erläutert. Vor Erreichen eines Phasenwinkels <p*<90° gem.
Fig. 3 ist der Strom iL von dem Gleichstromsteller 6 auf einen konstanten Wert geregelt. Die leitenden Schalter Sx und S4 schalten den Strom iL auf die Phasen 1 und L2. Bei φ* wird der Schalter T des Gleichstromstellers 6 geöffnet und der Zündstrom iz für die Thyristoren Slr S3, S5
abgeschaltet. Der Thyristor Si verbleibt dennoch
eingeschaltet, da der Strom iL noch nicht Null ist. Der IGBT S„ verbleibt über φ* hinaus eingeschaltet und es kann der Strom iL sich über die Freilaufdiode DF abbauen. Ist iL=0 geworden, so schaltet der Thyristor Si aus.
Die Stromänderungsgeschwindigkeit di/dt wird dabei durch die Induktivität L und die Netzspannung vorgegeben und stellt sich in vorteilhafter Weise auf einen geringen Wert ein.
Mit iL=0 beginnt die Freiwerdezeit des Thyristors Sx gem. des dortigen Doppelpfeils. Auch darüber hinaus verbleibt der IGBT S eingeschaltet. Erst wenn sichergestellt ist, dass iL=0 und der Thyristor Sj gelöscht ist, wird auch S4 ausgeschaltet. Innerhalb der Stromlücke iL=0, entsprechend dem oberen Doppelfeil in Fig. 3, schaltet weiter der IGBT S6 ein.
Nach Ablauf der Freiwerdezeit des Thyristors Sx kann T und damit iz und iL erneut eingeschaltet werden. Entsprechend wird auch der Thyristor Si erneut gezündet.

Claims

Schaltung für den Betrieb einer an wenigstens drei Phasen eines Stromnetzes über einen Frequenzumrichter mit einem Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen elektrischen Maschine, bei der über einen von einem Gleichstromsteller angesteuerten Synchronwechselrichter mit zwei jeweils die positiven bzw. negativen Halbwellen schaltenden
Brückenhälften eine Rückspeisung der von der Maschine generierter Energie in das Stromnetz erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass Synchronwechselrichter (7)
asymmetrisch aufgebaut ist derart, dass für das Schalten des von dem Gleichstromsteller (6) aus dem
Gleichspannungszwischenkreis (3) abgegriffenen Potentials von einer ersten Brückenhälfte (8) aus Thyristoren
(S1,S3,SS ) als elektronische Schalter geschaltet wird und dass die zweite Brückenhälfte (9) ausschaltbare,
rückwärts sperrende elektronische Schalter (S2,S4,S6) aufweist .
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die zweite Brückenhälfte (9) IGBTs (S2,S4,S6)
vorgesehen sind.
Schaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung eines IGBTs (S2,S4,S6) und einer Diode (D2,D4,D6) .
Schaltung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den
Synchronwechselrichter (7) ansteuernde Gleichstromsteller (6) unmittelbar an den Gleichspannungszwischenkreis (3) des Frequenzumrichters (1) angeschlossen ist.
Schaltung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Lastkreise elektronischen Schalter (S2,S4,S6) jeweils ein Kondensator als Netzfilter (10) geschaltet ist.
Schaltung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastkreise der elektronischen Schalter (S2,S4,S6) unmittelbar auf das Stromnetz (L1,L2,L3) geschaltet sind.
Verfahren für den Betrieb einer an wenigstens drei Phasen eines Stromnetzes über einen Frequenzumrichter
angeschlossenen elektrischen Maschine, bei der über einen von einem Gleichstromsteller angesteuerten
Synchronwechselrichter eine Rückspeisung der der von der Maschine generierten Energie in das Stromnetz erfolgt, insbesondere mit einer Schaltung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laststrom iL auf den maximalen und/oder den minimalen Abschnitt einer Netzphase (LlfL2,L3) zwischen den
Phasenübergängen dieser Netzphase (L1,L2,L3) und den beiden nächstliegenden Netzphasen (L1,L2,L3) geschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromsteller (6) für ein Löschen eines
Thyristors (SlfS3,S5) die Verbindung zu dem
Gleichspannungszwischenkreis (3) unterbricht, dass von dem Gleichstromsteller (6) in dem Strom iL im
Laststromkreis der Thyristoren (S1,S3,S5) eine Stromlücke mit iL=0 geschaltet wird, dass mit Schalten des
Gleichstromstellers (6) der Zündstrom iz der Thyristoren (S1,S3,S5) abgeschaltet wird und dass der dem Thyristor (S1,S3,S5) zugeordnete IGBT (S2,S4,S6) erst nach dem Löschen des Thyristors (S1#S3iS5) sperrt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dass für das Ausschalten eines jeden elektronischen Schalters (S^^ - Sg ) eine Stromlücke iL=0 geschaltet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass über ein Maximum einer Netzphase (LlfL2,L3) eine Stromlücke iL=0 geschaltet wird, deren Dauer größer bemessen ist als die Freiwerdezeit der Thyristoren (S1,S3,S5) , und dass der dieser Netzphase (Ι^,Ι^,Ι^) zugeordnete Thyristor ( S1 , S3 , S5 ) erneut gezündet wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromsteller (6) den Strom iL zwischen den Lücken auf einen im Mittel konstanten Wert regelt .
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