SE450318B - Sjelvkommuterad stromriktare for overforing av effekt mellan en motor och ett net for drivning och bromsning av motorn - Google Patents

Description

15 20 25 55 450 318 2 onödiga energiförluster att i sådana. fall förbruka hela bromseffekten i bromsmotstândet .

En mekanisk elkopplare är långsam, och därför kan under bromsning, t ex vid en bygelstuds eller vid passage av ett avbrott i kontaktledningen, kraftiga överspänziingar uppträda innan bromsmotståndet hinner kopplas in. För att reducera sådana över-spänningar till oskadlig nivå. krävs speciella skydds- åtgärder i form av energimagasin och överspänningsslqdd.

I och för sig skulle den mekaniska elkopplaren kunna ersättas av styrbara halvledarelement, t ex tyristorer. Eftersom elkopplaren är en omkopplare skulle därvid två uppsättningar antiparallellkopplade tyristorer krävas, vilket innebär en relativt omfattande och dyrbar lösning. Vidare skulle de tyristorer, som då. skulle ligga i serie med bromsmotståndet mellan strömrik- tarens växelspänningsklämmor, utsättas för höga spärr- och blockspäzmings- påkänningar på. grund av de vid strömriktarens kommuteringar uppträdande överspänningarna. Tyristorema skulle därför få utföras med hög spännings- tålighet och de skulle få. förses med kraftigt dimensionerade RC-kretsan Ut- rustningen skulle därför bli dyrbar och förlusterna i RC-kretsarna skulle bli höga.

Uppfinningen avser att åstadkomma en utrustning vid vilken de koppling-sorgen som används för inkoppling av bromsmotståndet utsätts för låga spänning-spå- känningar och därmed får lägre pris och lägre förluster. Uppfinningen avser vidare att åstadkonmxa en utrustning vid vilken överspänningar effektivt för- hindras. Uppfinningen avser även att åstadkomma en utrustning som ger möj- lighet till enkel styrning av den av bromsmotståndet upptagna effekten och möjlighet till inkoppling av bromsmotståndet utan att strömriktaren bort- kopplas från nätet.

Vad som kännetecknar en drivutrustning enligt uppfinningen framgår av bifo- ßde patentlcz-av.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till bifo- gade figurer 1-8. Fig 1 visar en iloch för sig känd drivutnlstning. Fig-2 visar i detalj en av fasgnzppema hos strömriktaren i fig 1. Fig 3 visar några av kvirvformerna och styrsigzzalenza vid strömriktaren enligt fig 1.

Fig 4 visar ett exempel på en utrustning enligt uppfinningen, fig 5 styr- systemet för strömriktaren vid utrustningen enligt fig 4, och fig 6 några av de vid utrustningen enligt fig 4 uppträdande storheter-na som funktion av e! 10 15 25 35 450 318 tiden. Fig 7 visar styr-systemet för bromsmotetånden i fig 4. Fig 8 visar en annan typ av drívutrustning enligt uppfinningen.

Fig 1 visar ett i och för sig känt drivsystem för en trefasig växelström- motor M. En nätströmriktare SR har sina växelströmsuttag R och S anslutna till ett växelströmsnät med spänningen via en transformator TR. Växel- u strömsnätet kan t ex utgöras av en kontalfiglednixxg för matning av ett eldri- vet fordon, och motorn M kan då. vara fordonets drivmotor. Nätströmriktarens likströmsklälnmor l) och E är anslutna till likströmsklämmonza hos en själv- kommuterad växelrilctare VR, som avger en växelspänning med varierbar frekvens och amplitud till motorn M för styrning av dess moment och varvtal på. i och för sig känt sätt. Förbindelsen mellan nätströmriktaren SH och växelriktaren VR utgör ett likspäxming-smellanled med spänningen uD.

Nätströmriktaren SR har två fasgrupper, F1 och FZ med likspärmingsanslut- ningarna 131, BZ, C1, C2 och vaxelspänningsanslutning-ama R och S. Nátström- riktaren är självkommuterad och arbetar som en växelspänningskälla med varier- bar frekvens och amplitud. Genom att påverka frekvensen och därmed fasläget hos strömriktarens växelspänning i relation till nätväxelspänningen kan det aktiva effektflödet styras, exempelvis så att mellanledsspärmingen uD hålls konstant. Genom att påverka amplituden kan det reaktiva effektflödet styras, exempelvis så att det hålls vid ett konstant värde, som kan vara noll. För detta förutsätts en viss induktans mellan strömriktaren SR och nätet, och om transformator-ns TR läckinduktans är otillräcklig kan en separat induktor anordnas mellan etrömriktaren och nätet.

Motorn kan både drivas och bromsas elektriskt, och både växelriktaren VR och strömriktaren SR är därför anordnade att kunna överföra aktiv effekt i båda riktning-arna.

I mellanledet mellan strömriktaren SR och växelriktaren VR kan vid behov glättningskondensatorer eller andra filter vara anordnade, liksom på ström- riktarens SR växelspänningssida.

Fig 2 visar Ihera i detalj denli och för sig kända uppbyggnaden av faegruppen P1 hos strömrilctaren SR. I serie mellan likspäxmingsklämmorna 31 och G1 är huvudtyristorerxaa 'P1 och T2 anordnade. Tyristorerrza är antiparallellkopplade med dioderna D1 och D2. I serie med tyristorerna ligger induktorer LD1 och LD2 för begränsning av strömderivatan vid tändning av tyristorerna. Växel- späzmingsuttaget R är anslutet till huvudtyristorernas hcpkopplingspzmkt. 10 15 25 55 450 318 4 Spänningen um på uttaget är refererad till en fiktiv nollpunkt hos likspän- ningen, dvs klämmoma 131 och G1 antas i det följande ligga på potentialerna + ä och - L? . Fasgruppen har en eläckkrets som består av kommuteringskon- densatorerna CK1 och CK2, konmxuteringsindulctorn LK och släcktyristorerria S1 och S2.

Fig 3 visar som fiulktion av tiden utepänningen um, potentialen uc i konden- satorernas hopkopplingspuiikt, strömmen ix genom kommuteringsinduktom samt styrpulserria till huvud- och släcktyristorerna. Utspänningen um antar växel- “o vis vardena + -í- och - -ï- . Vid början och slutet av varje kommutering upp- träder emellertid en överspänning som har storleken ï-:š-ïç - ä . Eftersom induktansen LD ej kan göras alltför liten och ofta utgör en väsentlig del av den sammanlagda induktansen LD + LK komer dessa kommuteringsöverspänningar att bli av väsentlig storlek. Om ett bromsmotstånd i serie med ett kopplinge- organ (t ex en tyristorkopplare) anordnas mellan strömriktarens växelspän- ningsuttag kommer kommuteringsöverspänningarna att orsaka höga. spännings- påkänllingar på kopplingsorganet.

Fig 4 visar hur bromsmotstånden och bromstyristorema är anordnade enligt uppfinningen vid en drivutrilstning av i fig 1-5 beskrivet slag med en ström- riktare SR. Mellan strömrilctarens ena växelspänningsuttag R och det ena lik- spänningsuttaget E är ett bromsmotstånd RB1 anslutet i serie med en broms- tyristor TB1, och mellan uttaget R och det andra likspänningsuttaget D är ett andra bromsmotstånd B32 anslutet i serie med en andra bromstyristor TBZ.

Det kan enkelt visas att spänningspâkänningarzza på kopplingsorçnen (broms- tyriatbrarma) blir väsentligt lagra aa vid tidigare kämda eller bara till handa liggande kopplingar. om (aa fi; 2) imdulrtamaarma lb - o man LK ß o blir blaalraparmimgam marimalt un, tab om LD ß o och LK - o blir blockerar- mimgam maximalt gun. blir maximalt amdaat u-å (för LK - o och LD ß O). Detta medför att en tyristor med väsentligt lägre spännings- hâllfasthet kan väljas än vad som tidigare varit möjligt. Vidare möjliggör den lägre arbetsspänningen hos tyristorn mindre dimensioner hos den H0-- -krets som tyristorn alltid är parallellkopplad med, och detta ger en vä.- sentlig minskning av förlusterna i denna krets och därmed hos utrustningen i dess helhet.

Eventuellt kan, vilket är visat med streckade linjer i figuren (RB2' resp TB2'), motståndet H32 med tyristom TBZ i stället anslutas mellan klälnmorna S och E. gi '10 15 20 25 55 450 318 Enligt ett annat alternativ kan fyra bromsmotstånd med bromstyristorer anordnas, ett mellan klämmorna R och D, ett mellan klämmorna R och E, ett mellan klänmonza S och D och ett mellan klämmorna S och E.

Bromstyristorerna kan slås till när nätet inte kan ta emot återmatad broms- effekt och hållas tillslagna med hjälp av en kontinuerlig styrsigxial så. länge detta förhållande pågår. Som kriterium på. tillslag kan exempelvis an- vändas att linjespänningsn um överstiger en viss förutbestämd nivå..

Alternativt kan bromstyristorenxa fasvinkslstyras, varigenom den av broms- motstånden upptagna effekten blir kontinuerligt styrbar. Därvid kan broms- tyristorerna styras så, t ex i beroende av linjespäxuiingen, att bromsmot- stšnden tar upp det energiöverskott som nätet ej kan ta. upp.

Fig 5 visar ett exempel på. styrningen av de båda i figuren schematiskt vi- sade fasgrupperna F1 och F2 hos strömriktaren SR. En styrbar oscillator VCO avger en sinusformad ledspänning ul. Ledspäzmingens frekvens varieras med hjälp av en styrsigxzal till styr-ingången f och amplituden varieras med hjälp av en styrsígxxal till styringången A. En skil lnadsbildare SK1 tillförs ett ledvärde uDl för mellanledsspänningen och denna spänning-s ärvärde uD och bil- dar skillnaden mellan dessa spänningar. Skillnaden tillförs en regulator REG1 med PI-karakteristik, vilken styr ledspäzmingens och därmed strömrik- tarens frekvens och det aktiva effektflödet så att mellanledsspärmingen hålls konstant. En andra skillnadsbildare SK2 tillförs ett ledvärde IQl för den reaktiva ström, som flyter mellan strömrilctaren SR och nätet, samt denna ströms ärvärde IQ. En regulator REGZ, analog med REG1,~ bildar en styrsignal som via oscillatorns styríngåxig A styr amplituden hos ledspänningen och hos strömriktarens spänning och därmed det realctiva effektflödet mellan ström- riktaren och nätet till önskat värde.

En triangelvåggenerator SIG alstrar en triangelvåg us med en frekvens som är väsentligt högre än -ledspänningens ul frekvens. I en nivâvippa IW1 jämförs us och ul. När ul blir större än us tänder IW1 via. styrpuladonet SPD1 den övre av fasçuppens F1 båda huvudtyristorer, och när ul sjunker under us tänder IW1 via SPID1 och inverteraren INV? den mdre av fasgrmppens huvud- tyristorer (släcktyristorerna och deras styrning är för tydligàxets skull ej visade). Ledspäzxningen ul tillförs via en inverterare INV1 en andra nivå- vippa NV2, där -ul och us jämförs och styrfasgruppens P2 båda huvudtyristo- rer (den undre via inverteraren INV3). 10 1.5 20 25 55 450 518 6 Fig 6 visar som funktion av tiden spänningarna ul, us, uoz, strömrik- tarens utspänning um - v02 samt spänningen umöver den ena bromskretsen (se fig 4). Utspänningen innehåller en grundton med samma frekvens som led- spänningen ul och med en amplitud som är en funktion av ledspäxmingens amp- litud.

Fig 7 visar ett exempel på hur styrningen av bromsströmmen kan vara utformad.

Linjespänningen um avkänns och tillförs en fimktionsgenerator EG. Om under regenerativ bromsning nätet ej kan ta upp den återmatade bromseffekten kom- mer linjespänningen att stiga. När den överstiger ett värde umax, som över- stiger normal spänningsnivå, avger funktionsgeneratorn en med linjespän- ningen snabbt ökande referenssignal iBr för bromsströmmen. Denna signal jäm- förs i skillnadsbildaren SKš med det uppnätta värdet :LB på bromsströmmen.

Skillnaden tillförs en regulator REGE med PI-karakteristik. Utsignalen från regulatorn tillförs ett styrpulsdon SPDE som styr bromstyristorenia TIB1 och TIBZ med en varierbar styrvinkel (i relation till ledspäzmingen som beror av regulatorns utsignal. Så snart linjespäimizngen uAc tenderar att stiga över värdet umax styrs tyristorenia ut och ger en med linjespänningen snabbt ökande bromsström. Bromsmotstånden kommer härigenom automatiskt att gripa in och ta upp det överskott av återmatad energi från motorn, som nätet inte kan ta upp. Härigenom förhindras uppkomsten av överspänningar på. linjen och i mellanledet.

Fig 8 visar en alternativ utföringsform av uppfinningen. En drivutrustning är anordnad för 'matning (drivning och bromsning) av en trefasmotor M från ett tre- fasigt växelströmsnät EST. Via en strömrilctare 8111,- som kan vara en ostyrd diod- likriktare, matar nätet ett likspärmingsmellanled med en glättrüzxgskondensator CG. En självkommuterad växelriktare SR2 har sina likspänningsklämmor anslutna till mellanledet och sina vàbcelspänningsklälunnor till motorn M. Genom att variera frekvens (och amplitud) hos växelriktarens váucelspënning kan motorns moment och varvtal styras. Motorn kan vara en drivmotor för en industriell utrustning eller maskin. Vid bromsning av motorn matas aktiv effekt från motorn via växelriktaren till mellanledet.

Mellan en av växelriktarens SR2 väscelspärmingsklämmor (R) och var och en av lik- spärmíngsklämmorna (I) och E) är de två bromsmotstånden RB1 och RB2 anslutna, vart och ett i serie med en bromstyristor för inkoppling av bromsmotstånden och för styrning av bromsströmmen genom bromsmotstânden. Tyristorerzia styrs på analogt sätt till det ovan i anslutning till fig 7 beskrivna, men med den

Claims (6)

450 318 skillnaden att 'bromsströmmen styrs i beroende av mellanledsspänningen i stället för av linjespänningen. I stället för den ovan beskrivna styrningen av strömmen genom bromsmotstån- den kan bromsmotstånden kopplas in och hållas kontinuerligt :Inkopplade så länge ett behov finns av att ta hand om bromseffekt från motorn. Behovet kan exempelvis konstateras genom att avkänna en linje-, nät- eller mellan- ledsspänning. PATENPICRAV

1. Drivutrxzstning med en växelströmsmotor och med en självkommuterad strömriktare (SR) för effektöverföring från ett nät (um, till motorn för drivning av motorn och från motorn till nätet för bromsning av motorn, var- vid strömriktaren har minst två. välxelströmsklännnor (R, S) och två. likströms- klämmor (D, E), och varvid utrustningen innefattar ett av ett kopplingsorgan (TB1) styrt bromsmotstënd (B31) för upptagande av effekt från motorn under bromsning av denna, k ä n n e t e c k n a d därav, att ett bromsmotstånd (RB1) är i serie med ett styrbart halvledarelement (TB1) anslutet mellan en av strömriktarens växelspärmingsklämmor (R) och en av dess likspännings- klämmer (E).

2. Drivutrustning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att utrustningen :Izmefattar två. till en av strömríktarens växelspännings- klämmer (R) anslutna bromsmotstånd (RB1, BBQ), vilka är i serie med var sitt styrbart halvledarelement (TIB1, TB2) anslutna mellan växelspännings- klämman (R) och var sin av likspäxuxingsklämmoma (I),

3. 5. Drívutrxxstning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att utrustningen innefattar ett bromsmotstånd (B31, RB2') för var och en av strömriktarens faser, varvid motstånden i serie med var sitt styrbart halvledarelement (TB1, TB2') ligger anslutna mellan var sin av strömrikta- rens växelspäxming-sklännnor (R, S) och en och samma likspäxmingsklämma

4. Drivutnxstning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e -' t e c k n a. d därav, att de styrbara halvledarelementen utgörs av tyristo- IEI". 450 518

5. Drivutnzstning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a a därav, att den är farseaa med styrorgan (m, sxß, m3, SPM) för styrning av strömmen genøm bromsmotstånden (B31, RB2) i beroende av spänningen (uAC) på den sida. av strömriktaren till vilken effekt matas under bromsning av motørn.

6. Drivutrxzstnirxg enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a d därav, att utrustningen är försedd med styr-organ (FG, SKš, REGš, SPM) för styrning av strömmen genom bromsmotstånden (H31, E32) genom fasvhikelstyïnirzg av de styr-bara halvledarelementen (TB1, TBZ).