NO136511B - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fellesslukkeinnretning for vekselretterventilene hos en mellomkretsomretter som mater en vekselstrømmotor, inneholdende mellom mellomkretsens utgangsklemmer en seriekobling av en kommuteringskondensator og en første styrbar strømretterventil, og hvor der parallelt med kommuteringskondensatoren ligger en seriekobling av en annen styrbar strømretterventil og en omsvingnings-drossel.

En slik feileislukkeinnretning for en mellomkretsomretter med innpreget likespenning er kjent fra US-PS 3 621 366. Ved denne felles slukkeinnretning er det mulig at den energi som er lagret i kommuteringskondensatoren, ikke strekker til for kommutering av drifts-strømmen. Dermed foreligger der mulighet til forstyrrelser og avbrudd i driften.

Fra DT-AS 1 513 518 er der kjent en mellomkretsomretter som tjener til å møte en dreiefeltmotor,og som er dimensjonert for en innpreget likestrøm i mellomkretsen. Ved denne mellomkretsomretter er der tilordnet en og en brogren hos vekselretteren en slukkeinnretning med en særskilt kommuteringskondensator.

Der foreligger den oppgave å utforme en felles-slukkeinnretning av den innledningsvis nevnte art slik at motorstrømmen med liten påkostning lar seg kommutere uten forstyrrelser selv ved meget lave driftsomdreiningstall.

Ifølge oppfinnelsen blir denne oppgave løst ved at mellomkrets-omretteren er dimensjonert for en innpreget strøm i mellomkretsen,

at motorviklingene utgjør en del av kommuteringskretsene, og at spenningen over kommuteringskondensatoren avføles av en første spenningsindikator hvis utgang er forbundet med en frigivelsesinngang til vekselretterens styresett, hvorved tennepulsene for alle vekselretterens strømretterventiler frigis når spenningen over kondensatoren overstiger en grenseverdi.

Fellesslukkeinnretningen ifølge oppfinnelsen krever lite utstyr og sikrer at spenningen på kommuteringskondensatoren alltid er til-strekkelig stor for en kommutering. Man oppnår med denne felles-slukkeinnretning korte kommuteringstider og får derfor bare små inngrep i momentet. Dessuten er fellesslukkeinnretningen tomgangssikker, dvs. at den er fullt funksjonsdyktig selv ved diskontinui-teter i likestrømmen.

Fortrinnsvis blir spenningen over den første styrbare strømret-terventil avfølt av en annen spenningsindikator,som avgir tennepulser til den annen styrbare strømretterventil når der foreligger sperrespenning på den første strømretterventil. Dermed blir det sikret at strømretterventilene som shunter mellomkretsen, ikke blir innkoblet samtidig, og der blir i den forbindelse tatt hensyn til innflydelsen av kommuteringskondensatorens laststrømavhengige lade-tid på tennetidspunktet. Dermed blir driftssikkerheten av fellesslukkeinnretningen ytterligere forhøyet.

I det følgende vil fellesslukkeinnretningen bli belyst nærmere

ved et eksempel under henvisning til tegningen.

Fig. 1 viser koblingen for en strømrettermotor. Den trefasede vikling på en synkronmaskin 1 mates fra et trefaset nett R, S, T

over en styrt likeretter 2, en likestrømmellomkrets med glatteinduk-tivitet 4 og en styrt vekselretter 5. I utførelseseksempelet er likeretteren 2 oppbygget av seks styrbare strømretterventiler 2a-2f i trefaset brokobling. Styrbare strømretterventiler 5a-5f, likeledes i trefaset brokobling,er sammenfattet til vekselretteren 5. Da mel-lomkretsomretteren arbeider med innpreget strøm i mellomkretsen, er der ikke anordnet blindstrømdioder for de styrbare strømretterven-tiler 5a-5f hos vekselretteren 5. De styrbare strømretterventiler 2a-2f og 5a-5f kan f.eks. være tyristorer.

Med rotoren hos den trefasede synkronmotor 1 er der mekanisk sammenkoblet en turtellerdynamo 6 og en rotorstillingsgiver 7, som f.eks. kan være permanentmagnetisk eller bestykket med Hall-genera-torer. Signalene fra rotorstillingsgiveren 7 blir over en forsterker 8 og et logikktrinn 9 tilført et styresett 10, hvorfra strømretter-ventilene 5a-5f hos vekselretteren 5 påstyres over ledninger 11. Signalene fra turtellerdynamoen 6 blir i et addisjonstrinn 12 sammenlignet med en omdreiningstall-ønskeverdi som skal tilføres addisjonstrinnet 12 over en inngang 13. Det fremkomne reguleringsavvik tilføres en om-dreinings tallregulator 14 hvis utgangssignal tilføres et annet addisjonstrinn 16 for sammenligning av omdreiningstallregulatorens signalspenning med signalene fra en strømtransformator 15. Strøm-transformatoren 15 er anordnet i den trefasede mateledning. Addisjonstrinnet 16 etterfølges av en strømregulator 17 hvorfra strøm-retterventilene 2a-2f hos likeretteren 2 påstyres over ledninger 18.

Utgangsklemmene 2a og 3b for mellomkretsen 3 er shuntet av en seriekobling av to styrbare strømretterventiler 19 og 20 og en om-svingningsdrossel 21. Parallelt med den styrbare strømretterventil 20 og omsvingningsdrosselen 21 er der koblet en kommuteringskondensator 22. Denne seriekobling av komponentene 19, 20 og 21 og den parallell-koblede kommuteringskondensator 22 utgjør den vesentlige bestanddel av fellesslukkeinnretningen, i hvis kommuteringskrets viklingene på synkronmaskinen 1 ligger som kommuteringsinduktiviteter. De styrbare strømretterventiler 19 og 20 kan være tyristorer.

Til ladning av kommuteringskondensatoren 22 tjener en spennings-kilde 23 som avgir en spenning av størrelsen V H og er tilkoblet kommuteringskondensatoren 22 over en diode 24 og en motstand 25. Denne ladeinnretning vil der bli gjort nærmere rede for.

For tenning av den styrbare første strømretterventil 19 er der etter logikktrinnet 9 innkoblet et differensieringstrinn, resp. en pulsgiver 26, som via et tennetrinn 27 påstyrer strømretterventilen 19. Utgangen fra differensieringstrinnet 26 er dessuten forbundet med en sperreinngang 28 til styresettet 10, over hvilken alle tennpulser for strømretterventilene 5a-5f hos vekselretteren 5 kan sperres.

Parallelt med strømretterventilen 19 hos fellesslukkeinnretningen ligger en seriekobling av en diode 29 og en spenningsindikator 30. Dioden 29 er koblet antiparallelt til strømretteren 19. Utgangen fra spenningsindikatortrinnet 30 er forbundet med et ytterligere tennetrinn 31 som, når kippverdien foreligger ved indikatortrinnet 30, avgir tennepulser for den annen styrbare strømretterventil 20 hos fellesslukkeinnretningen. Spenningsindikatortrinnet 30 kan f.eks. være en zenerdiode hvis gjennombruddsspenning er indikatortrinnets kippverdi. Til forbindelsen med tennetrinnet 31 blir der med sikte på potensial-adskillelse og på forsinkelsesfri overføring av det statiske signal benyttet et optoelektronisk koblingselement, f.eks. en lysskranke.

Parallelt med kommuteringskondensatoren 22 og dermed med omsvingningsdrosselen 21 og strømretterventilen 20 er der likeledes koblet en seriekobling av en diode 32 og et ytterligere spenningsindikatortrinn 33. Utgangen fra spenningsindikatortrinnet 33 er forbundet med en frigivelsesinngang 34 til tennetrinnet 10. Over denne inngang 34 kan alle tennepulser for strømretterventilene 5a-5f hos vekselretteren 5 frigis når den av spenningsindikatoren 33 konstaterte spenning på kommuteringskondensatoren 22 overskrider en fastlagt grenseverdi, som er gitt ved kippverdien for indikatortrinnet 33. Spenningsindikatoren 33 kan være oppbygget analogt med spenningsindikatoren 30 .

Ved driftsomdreiningstall høyere enn omtrent 1/10 av det nominelle omdreiningstall skjer kommuteringen av motorstrømmen iM ved den strømrettermotor som er vist på fig. 1, f.eks. fra tyristoren 5a til tyristoren 5b hos vekselretteren 5 ved hjelp av maskinspenningen fra synkronmaskinen 1.

For driftsomdreiningstall lavere enn ca. 1/10 av det nominelle strekker maskinspenningen imidlertid ikke til, så motorstrømmen iM

ved hjelp av fellesslukkeinnretningen må bringes på 0 i takt med kommuteringsfrekvensen.

Virkemåten av denne fellesslukkeinnretning vil bli forklart under henvisning til diagrammene på fig. 2. I diagrammene er tennepulsene Zc , Z_, og Zcr. for strømretterventilene 5a, 5b og 5f hos veksel-

5a OD DL

retteren 5, tennepulsene Z q og Z^ Q for fellesslukkeinnretningens strøm-rétterventiler 19 og 20, motorstrømmen iM» spenningen uc på kondensatoren 22, spenningen u^g på strømretterventilen 19 og den strøm iL som går gjennom omsvingningsdrosselen 21, oppført som funksjon av tiden tot. For beskrivelsen av kommuteringsprosessen skal det antas at strømretterventilene 5a og 5f hos vekselretteren 5 fører strøm,

at motorstrømmen skal kommuteres fra strømretterventilen 5a til strøm-retterventilen 5b, og at kondensatoren 22 er ladet opp med den polaritet som er angitt på fig. 1.

For å innlede kommuteringen får strømretterventilen 5b på tidspunktet <ot= et tennesignal Z,-b. Dette signal blir i dif f erensier-ingstrinnet 26 omformet slik at styresettet 10 for det første straks blir sperret igjen via sperreinngangen 28, og at strømretterventilen 19 for det annet får et tennesignal Z19 via tennetrinnet 27. Tenne-pulsen Z5b ligger altså bare i meget kort tid på strømretterventilen 5b, så denne strømretterventil ikke varig kan gå over i ledende tilstand. I og med at strømretterventilen 19 blir ledende på tidspunktet ct2# utlader den ladede kondensator 22 seg og slukker de strømførende ventiler 5a og 5f. Motorstrømmen iM blir derpå 0 på tidspunktet a3-Ved hjelp av den fortsatt flytende konstante mellomkretsstrøm ia, blir kondensatoren 22 videre omladet inntil kondensatorspenningen u blir 0 på tidspunktet a4. Tiden t = -1(<»4 - a^) må minst være lik skånings-tiden for vekselretterens strømretterventiler 5a og 5f. Da styresettet 10 fortsatt forblir sperret via sperreinngangen 28, lader kondensatoren 22 seg opp videre inntil spenningsindikatortrinnet 33, som har en kippverdi Ucl, på tidspunktet a,, frigir styresettet 10 igjen via frigivelsesinngangen 34. Nå får strømretterventilene 5b og 5f tenne-signalet, så motorstrømmen iM begynner å gå. Kondensatorspenningen uc stiger videre inntil motorstrømmen i^ på tidspunktet eig igjen har nådd styrken av mellomkretsstrømmen i^. Kommuteringsprosessen i vekselretteren 5 er dermed avsluttet.

For å lade opp slukkekondensatoren 22 med riktig polaritet for neste kommutering blir strømretterventilen 20, som kan betegnes som omsvingningstyristor, i og med slukningen av strømretterventilen 19

og den derav resulterende sprangvise høyning av sperrespenningen over annet spenningsindikatortrinn 30, styrt til ledende tilstand via tennetrinnet 31. Kondensatoren 22 slår da om og har på tidspunktet fått den polaritet som behøves for neste kommutering.

Den forsinkede frigivelse av pulsene for vekselretteren,regnet fra tidspunktet a^, bevirker at den positive sluttspenning U „ på kondensatoren 22 blir høyere enn den spenning som resulterer av den egentlige kommuteringsprosess. Her gjelder

hvor betegner de i kommuteringsprosessen deltagende motorspred-ningsinduktiviteter. Kippspenningen Ucl for spenningsindikatortrinnet 33 velges slik at tapene ved den påfølgende omsvingningsprosess for det første blir dekket og der for det annet fremkommer en begyn-nelsesspenning Ucq hvormed der eventuelt kan kommuteres en strøm som er vesentlig sterkere enn ved den foregående kommutering.

For å gjøre slukkeinnretningen tomgangssikker, d.v.s. for å opprettholde dens fulle funksjonsdyktighet selv ved diskontinuerlig mellomkretsstrøm iaJf blir strømretterventilen 19 pådratt med varig tenningssignal Zig så lenge til spenningsindikatortrinnet 33 reagerer. Hvis mellomkretsstrømmen i^ f.eks. mellom tidspunktet a2 og tidspunktet a,, skulle få avbrudd på grunn av et reguleringsinngrep på styresettet for likeretterbroen 2, ville strømretterventilen 19

slukne. Kondensatoren 22 kunne da ikke lenger lade seg om og styresettet 10 heller ikke lenger frigis via spenningsindikatortrinnet 33. Vekselretteren 5 ville da forbli strømløs. Takket være det nevnte varige tennesignal som tilføres tyristoren 19, og som fordelaktig kan bestå av en sekvens av høyfrekvente enkeltpulser, kan kondensatoren når mellomkretsstrømmen i^ vender tilbake, lades opp videre over strømretterventilen 19 på funksjonsriktig måte. I dette til-

felle varer kommuteringsprosessen riktignok lenger enn vanlig, men det har ingen uheldig innflytelse på fellesslukkeinnretningens virkemåte.

Med hensyn til avledning av tennekommandoen for omsvingnings-tyristoren 20 skal det nevnes at tidsrommet fra kommuteringens be-gynnelse a„ til tidspunktet ac for tennekommandoen for denne strømretterventil er avhengig av laststrømmen og derfor kan ha for-skjellig lengde. Tenningen av strømretterventilen 20 kan således ikké skje en fast tid f.eks. etter tidspunktet Tvertimot må det under alle omstendigheter unngås at der allerede skjer tenning av strømretterventilen 20 mens strømretterventilen 19 ennå er ledende,

da det ville gi et helt annet strømforløp i hovedkommuteringskretsen og der derfor ikke lenger ville finne sted noen regelrett kommutering. Ved den beskrevne tenningssekvens for strømretterventilene 20 og 21

er dette krav oppfylt, da tennekommandoen for strømretterventilen 20 blir avledet fra tilstedeværelsen .av (den negative) sperrespenning på strømretterventilen 19. Dermed er det sikret at kommuteringen i vekselretteren 5 allerede er avsluttet.

Hjelpespenningskilden 23 kan utføres for liten effekt, da bare første gangs oppladning av kommuteringskondensatoren 22 behøver å

skje fra den. Den egentlige etterladning av kommuteringskondensa-

toren 22 skjer som beskrevet, ved hjelp av tenningsforsinkelsen for ventilene 5a-5f hos vekselretteren 5. Hjelpespenningskilden 23 behøves i tillegg bare til å dekke lekkasjetapene fra kondensatoren 22 og egenbehovet for indikatortrinnet 26 ved generatordrift av driv-anordningen.

Det skal sluttelig nevnes at det, når det for den maskinførte kommutering nødvendige minimums-omdreiningstall på ca. 10% av det nominelle omdreiningstall nås, er mulig å frakoble den samlede slukkeinnretning på enkel måte ved å sperre differensieringstrinnet 26. Den tilsvarende sperreinngang 35 er vist ved differensieringstrinnet 26 på fig. 1.

Som resymé kan det fastslås at man med strømrettermotoren ifølge oppfinnelsen oppnår den innledningsvis nevnte fordel. Dermed er der skaffet en starthjelp som med lite utstyr av komponenter sikrer en betryggende kommutering av motorstrømmen selv i områder av meget lave omdreiningstall. Det skal imidlertid påpekes at den beskrevne felles-slukkeinnretning ikke bare er anvendelig som startkobling for strøm-rettermotorer. Tvertimot kan den anvendes fullt funksjonsdyktig ved alle omrettere med strømmellomkrets, uansett vekselstrømmotorens art. F.eks. kan motoren være en trefaset asynkronmaskin.

Claims (4)

1. Felles-slukkeinnretning for vekselretterventilene hos en mellomkretsomretter som mater en vekselstrømmotor, inneholdende mellom mellomkretsens utgangsklemmer en seriekobling av en kommuteringskondensator (22) og en første styrbar strømretterventil (19), og hvor der parallelt med kommuteringskondensatoren (22) ligger en seriekobling av en annen styrbar strømretterventil (20) og en om-svingningsdrossel (21),karakterisert ved at mellom-kretsomretteren er dimensjonert for en innpreget strøm i mellomkretsen, at motorviklingene utgjør en del av kommuteringskretsene, og at spenningen over kommuteringskondensatoren (22) avføles av en første spenningsindikator (33) hvis utgang er forbundet med en frigivelsesinngang (34) til vekselretterens styresett (10), hvorved tennepulsene for alle vekselretterens (5) strømretterventiler (5a - 5f) frigis når spenningen over kondensatoren overstiger en grenseverdi (Ucl).

2. Innretning som angitt i krav 1,karakterisert ved at spenningen over den første styrbare strømretterventil (19) avføles av en annen spenningsindikator (30) som avgir tennepulser til den annen styrbare strømretterventil (20) når der foreligger sperrespenning på den første strømretterventil (19).

3. Innretning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at der er anordnet en av vekselstrømmotorens rotorstilling styrt pulsgiver (26) hvis pulser tilføres den første styrbare strømretterventil (19) som tennepulser, og at pulsgiverens (26) utgang også er forbundet med en sperreinngang (28) til vekselretterens styresett (10), over hvilken tennepulsene for alle vekselretterens (5) strømretterventiler (5a - 5f) kan sperres.

4. Innretning som angitt i et av kravene 1- 3, karakterisert ved at der til ladning av kommuteringskondensatoren (22) tjener en hjelpe-likespenningskilde (23) som er forbundet med kommuteringskondensatoren (22) over en ikke styrt strømretterven-til (24) og en ohmsk motstand (25).