SE457305B - Sjaelvkommuterad vaexelriktare - Google Patents

Description

457 305 och kondensatorförsedda utrustningar icke är räntabelt att öka, så att standardkretsar med brett användningsområde är önskvärda.

En självkommuterande växelriktare är förut känd (jämför exempel- vis det sovjetryska uppfinnarcertifikatet nr. 505 099, klass H 02 m 5/42, H 02 m 7/472), vilken är avsedd att styra en elektrisk asynkronmotor. För att kunna öka stabiliteten och tillförlighet- heten vid omkopplingsförlopp och funktionssäkerheten vid start (startfunktionssäkerheten) är denna kända växelriktare, som inne- fattar tyristorförsedda kommuterings- eller omkopplingsanordning- ar och en transformatorförsedd styrgivare, vars primärlindning är inkopplad i en krets, som är avsedd att koppla en av kondensato- rer uppbyggd lagringsanordning till en av de tyristorförsedda om- kopplingsanordningarna, försedd med tillkommande tröskelbegränsa- re, vilkas ingångar är kopplade till givarens sekundärlindning.

Tröskelbegränsarnas utgångar är kopplade till ett stegfasvridar- organs respektive ingångar, under det att en förinställningsgene- rators ingång är kopplad till den självkommuterande växelriktarens utgångsstamledare. Förinställningsgeneratorns utgång är kopplad till stegfasvridarorganets ingång.

Tröskelbegränsarna är inställda till en och samma nivå eller amp- litud hos en utsignal från den transformatorförsedda styrgivaren, varför amplituden hos spänningen över omkopplingskondensatorerna kan hållas konstant under alla driftförhállanden för den själv- kommuterande växelriktaren, vilket medverkar till att öka växel- riktarens bestândighet mot kopplingsförlopp.

Genom att omkopplingskondensatorerna i denna kända självkommute- rande vâxelriktare under tidsintervall mellan successiva omkopp- lingar icke är avkopplade från belastningen, uppträder svagt däm- pade svängningsförlopp av energibytes- eller energiomsättnings- typ mellan asynkronmotorns läckindwüznseroch omkopplingskondensa- torerna. Detta leder till att formen hos utspänningen över växel- riktaren förvränges medelst s.k. icke-kanoniska harmoniska över- toner. Den andra nackdelen med denna kända växelriktare är att en likströmskomposant eventuellt kan uppträda över kommuterings- eller omkopplingskondensatorerna, vilket leder till att de s.k. 457 305 återgångs- eller återställningsvinklarna för tyristorerna i kom- muterings- eller omkopplingsanordningen blir osymmetriska, vari- genom stabiliteten mot omkopplingsförlopp minskar. Likströmskom- posanten av spänningen över kondensatorerna uppträder vid vilken styrningsasymmetri som helst, på grund av att styrgivaren inne- fattar transformatorn, över vilken information angående likströms- komposanten icke kan överföras. Även en annan självkommuterande växelriktare är känd (jämför ekem- pelvis W. Echner, D. Köllensperger “Einrichtung zur Zwangskommu- tierung für eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl und Dreh- richtung einer Drehstrommaschine", Siemens AG, den västtyska pa- tenskriften nr. 16 38 551, klass H 02 P 7/62, inlämnad den 17 feb- ruari 1967 och publicerad den 28 maj 1975), vilken innefattar en tyristorförsedd bryggkopplad huvudomkopplingsanordning, omkopp- lingskondensatorer och en tyristorförsedd bryggkopplad hjälpom- kopplingsanordning.

För att kunna öka stabiliteten mot kopplingsförlopp är varje om- kopplingskondensator försedd med en hjälpuppladdningsanordning, som innefattar en transformator, en drossel, kondensatorer och ty- ristorer. Genom att omkopplingskondensatorerna är säkert omladd- ningsbara vid början av varje ifrågavarande omkoppling uppvisar denna kända självkommuterande växelriktare god omkopplingsbe- ständighet (stabilitet mot kopplingsförlopp). Eftersom omkopplings- kondensatorerna under varje tidsintervall mellan successiva om- kopplingar är avkopplade från belastningen (asynkronmotor), för- vränges formen hos utspänningen över växelriktaren icke avsevärt medelst icke-kanoniska harmoniska övertoner. I denna kända växel- riktare pålägges emellertid över tyristorerna i den bryggkopplade hjälpomkopplingsanordningen, när strömmen omkopplas från en fas till en annan i asynkronmotorn, spänningar som är dubbelt så höga som de spänningar, som pålägges över tyristorerna i den bryggkopp- lade huvudomkopplingsanordningen. Detta innebär med andra ord, att tyristorerna i hjälpomkopplingsanordningen måste vara dimensione- rade för högre spänning eller att man i hjälpomkopplingsanordnin- gen måste använda seriekopplade tyristorer, vilket ökar växelrik- tarens vikt och dimensioner samt tillverkningskostnaderna för växelriktaren, speciellt när denna är av högspännings- och högef- 457 305 fekttyp.

På grund av att denna kända självkommuterande växelriktare inne- fattar ett stort antal funktionellt seriekopplade element, uppvisar den otillräcklig funktionssäkerhet.

Ytterligare en självkommuterande växelriktare är känd (jämför exem- pelvis det sovjetryska uppfinnarcertifikatet nr. 811 460, klass H 02 m 7/515), vilken innefattar tvâ omkopplingstyristorer och en m-fasig tyristorbrygga, vars växelströmsanslutningsklämmor via om- kopplingskondensatorer är kopplade till respektive växelströmsan- slutningsklämmor hos en m-fasig hjälpdiodbrygga, vars likströms- anslutningsklämmor är kopplade till tyristorbryggans liknämniga lik- strömsanslutningsklämmor via de till dioderna i fas kopplade om- kopplingstyristorerna. Tyristorerna i denna kända växelriktare är styrbara medelst en förinställningsgenerator, vars utgång är kopp- lad till en ingång på en fördelningsenhet, som är avsedd att för- dela styrpulser över respektive tyristorer. För att öka stabilite- ten mot kopplingsförlopp och minska de från kopplingsförlopp (Om- kopplingar) härrörande överspänningarna över växelriktarens belast- ning är ett dämpmotstånd kopplad till hjälpdiodbryggans likströms- anslutningsklämmor, som är kopplade till tyristorbryggans liknämni- ga likströmsanslutningsklämmor via de till dioderna i fas kopplade omkopplingstyristorerna. Dämpningen av svängningsförlopp, som upp- träder vid omkopplingar av strömmen, medverkar till att begränsa överspänningarna och öka stabiliteten mot kopplingsförlopp tack vare att dämpmotståndets resistans utgör 0,6 till 0,8 av den karak- teristiska impedansen hos en krets, som är uppbyggd av omkopplings- kondensatorn och induktanserna i belastningens faser. Genom att förluster uppträder över dämpmotståndet, vars resistans är vald ut- gående från nämnda villkor, uppvisar denna kända växelriktare låg verkningsgrad. Om dämpmotståndets resistans är tämligen hög, kan förlusterna minskas avsevärt, samtidigt som man bibehåller möjlig- heten att bortkoppla omkopplingskondensatorerna från belastningen under tidsintervallen mellan successíva omkopplingar. Genom att spänningsamplituden över omkopplingskondensatorerna icke kan sta- biliseras medelst kända stabiliseringskretsar alstras emellertid en okontrollerad likströmskomposant i spänningen över kondensato- 457 305 Iêrnaf varför omkopplingskondensatorerna samt tyristorerna måste dimensioneras för högre spänning, vilket avsevärt ökar tillverk- ningskostnaderna för utrustningen och växelriktarens vikt och di- mensioner.

Uppfinningstanke Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstad- komma en ekonomiskt räntabel och funktionssäker självkommuterande växelriktare, som uppvisar enkel konstruktiv utformning tack vare att man kunnat minska maximispånningarna över växelriktarens om- kopplingskondensatorer och ventiler genom stabilisering av dessa spänningar och genom förhindrande av eventuellt uppträdande av spänningens okontrollerade likströmskomposant.

Detta syfte uppnås enligt föreliggande uppfinning medelst en själv- kommuterande växelriktare av inledningsvis angivet slag, vilken uppvisar de i den kännetecknande delen av patentkraven angivna sär- dragen.

Den självkommuterande, så uppbyggda växelriktaren uppvisar enkel kretsutformning och gör det möjligt att eliminera uppträdandet av spänningens okontrollerade likströmskomposant över omkopplingskon- densaborerna och att stabilisera amplituden av spänningen Över om- kopplingskondensatorerna, vilket garanterar bibehållandet av den önskade höga stabiliteten mot kopplingsförlopp vid alla de möjliga drifttillstånden hos växelriktaren. Den härvid uppnådda minskningen av de maximala spänningarna över omkopplingskondensatorerna och över ventilutrustningen gör det möjligt att förbättra växelrikta- rens energimässiga egenskaper, att minska dess vikt och dimensio- ner samt tillverkningskostnaderna för växelriktaren och att öka växelriktarens funktionssäkerhet.

Kort beskrivning av ritningsfigurerna Uppfinningen beskrivas närmare nedan under hänvisning till bifoga- de ritning, där fig. 1 visar ett elektriskt kopplingsschema Över växelriktaren enligt föreliggande uppfinning och fig. 2 i tids- diagramform klargör verkningssättet hos växelriktaren enligt före- liggande uppfinning. 457 305 Föredragen utföringsform av uppfinningen Den självkommuterande, i fig. 1 visade växelriktaren innefattar ty- ristorer 1-6, vilka bildar en tyristorbrygga 7, och dioder 8-13, Vilka biläar en åi0dbrY99a 14. Tyristorbryggans 7 växelströmsan- slutningsklämmor är via omkopplingskondensatorer 15 kopplade till diodbryggans 14 respektive anslutningsklämmor. Diodbryggans 14 likströmsanslutningsklämmor är via omkopplingstyristorer 16 res- pektive 17 kopplade till tyristorbryggans 7 liknämniga anslutnings- klämmor.

Kb Spänningen över omkopplingskondensatorerna 15 är avsedd att mätas medelst två spänningsdelare 18, vilkas ena arm innefattar tre stjärnkopplade motstånd 19, vilka är anslutna till bryggans 7 res- pektive 14 växelströmsanslutningsklämmor. Spänningsdelarnas 18 mätmotstànd 20 är inkopplade mellan de stjärnkopplade, av mot- stânden 19 uppbyggda kretsarnas nollpunkter och jord. Spännings- delarnas 18 utgång är kopplade till en differentialförstärkares 21 inverterande respektive icke-inverterande ingång, under det att differentialförstärkarens 21 utgång är kopplad till en ingång på ett tröskelelement 22, som fungerar med hystereskurva, och som är avsett för bestämning av den tidpunkt, när spänningen över om- kopplingskondensatorerna 15 när upp till den förutbestämda. Trös- kelelementets 22 utgång är kopplad till en av ingángarna på en fördelningsenhet 23, som är avsedd att fördela s.k. öppnings- eller triggpulser över tyristorernas 1-6 och 16, 17 styringångar.

Enhetens 23 andra ingâng_är kopplad till en förinställningsgene- rators 24 utgång.

Den självkommuterande, enligt föreliggande uppfinning föreslagna växelriktaren (inverteraren) fungerar på följande sätt.

För beständighetens skull betraktas det tidsintervall mellan två successiva omkopplingar, under vilket tyristorerna 1 och 2 i bryg- gan 7 är ledande, samtidigt som alla de övriga ventilerna i kret- sen (såväl tyristorerna som dioderna) icke är ledande (är spär- rade). Omkopplingskondensatorerna 15 är bortkopplade från belast- ningen och är uppladdade genom kopplingsförlopp från föregående omkoppling. Polariteten av spänningen över kondensatorerna 15 vi- sas i fig. 1 (utan parenteser). Mot denna polaritet svarar den 457 sos undre (negativa) nivån hos utspänningen över spänningsdelarna 18 och över differentialförstärkarens 21 utgång (tidsdiagram 25 i fig. 2). Samtidigt befinner sig tröskelelementet 22 (fig. 1) av hysterestyp i det ena av sina stabila lägen, i vilket fördelnings- enheten 23 avger pulser för styrning av tyristorerna 1 och 2 och alltså bekräftar att dessa tyristorer är ledande (tidsdiagram 26 och 27 i fig. 2).

När en puls 28 (fig. 2) överföres från förinställningsgeneratorn 24 (fig. 1), eliminerar fördelningsenheten 23 styrpulsen från ty- ristorn 1 (diagram 26 i fig. 2) och överför styrpulsen till tyris- torn 16 (diagram 29 i fig. 2), samtidigt som pulsen för styrning av tyristorn 2 (diagram 27 i fig. 2) bibehålles.

Spänningen över den till tyristorn 1 kopplade omkopplingskonden- satorn 15 (fig. 1) verkar så, att tyristorn 1 spärras. Omkopplings- kondensatorerna 15 börjar omladdas via tyristorn 16, dioderna 8- 10 och belastningen till den i fig. 1 inom parenterser angivna polariteten.

Utspänningen över spänningsdelarna 18 (diagram 25 i fig. 2) och över förstärkaren 21 (fig. 1) ändras även längs en uppåtgâende linje i förhållande till tidsdiagrammets 25 (fig. 2) abskissa.

Tröskelelementets 22 (fig. 1) tillstånd ändras icke - på grund av dess hysteres - förrän spänningen över omkopplingskondensato- rerna 15 när upp till den amplitud eller nivå, som är bestämd av tröskelelementets 22 ställtröskelvärde och dess hysteressträcka (dess övre begränsningslinje i förhållande till diagrammets 25 abskissa, fig. 2). Under omladdningstiden fortsätter fördelnings- enheten 23 att alstra pulser för styrning av tyristorerna 16 och 2.

Sedan omkopplingskondensatorerna 15 omladdats till den förutbe- stämda spänningsnivân, påverkas tröskelelementet 22, som därför överföres till sitt andra stabila läge. Därigenom upphör enheten 23 att överföra pulser till tyristorn 16, varvid enheten 23 gör den nästföljande tyristorn 3 i bryggans 7 anodgrupp ledande (se tidsdiagram 30 och 31 i fig. 2). Tyristorn 16 (fig. 1) och dio- derna 8-10 spärras (blir oledande) under inverkan av spänningen över omkopplingskondensatorerna 15, varefter det nästföljande tidsin- 457 305 tervallet mellan successiva omkopplingar påbörjas för växelrikta- rens arbetsförlopp, under vilket tidsintervall tyristorerna 3 och 2 i bryggan 7 är ledande. Samtidigt är alla de övriga ventilerna i växelriktaren icke-ledande, medan omkopplingskondensatorerna 15 är avkopplade från belastningen. Varaktigheten av tidsintervallet mellan successiva omkopplingar bestämmas av förinställningsgene- ratorns 24 arbetsperiod eller, med andra ord, av växelriktarens utgångsfrekvens.

När den nästföljande pulsen inkommer från generatorn 24, avlastar enheten 23 tyristorn 2 från styrpulsen och överför tyristorn 17 till ledande tillstånd, vilket alltså inleder omkopplingsförloppet i katodgruppen av ventilerna i den självkommuterandé växelriktaren analogt med vad som beskrivits ovan (se tidsdiagram 32, 33 och 34 i fig. 2). Omkopplingsförloppet (kopplingsförloppet) avslutas när omkopplingskondensatorerna 15 (fig. 1) omladdats till den spänning, som motsvarar den undre begrânsningslinjen i förhållan- de till diagrammets 25 êbëdßsä (fig. 2). Denna spänning bestäm- mes, liksom under det föregående omkopplingsförloppet, av tröskel- elementets 22 (fig. 1) påverkningsställvärde.

De maximala spänningsamplituderna över omkopplingskondensatorerna 15 är alltså noggrant låsta och bestämmes av tröskelelementets 22 inställning, varvid dessa amplituder eller nivåer svarar mot de verkliga värdena av spänningarna över omkopplingskondensatorerna 15, eftersom de mätes medelst de av motstânden 19 och 20 uppbygg- da spänningsdelarna 18, över vilka alla komposanter av dessa spän- ningar (inklusive likströmskomposanten, om denna uppträder) Över- föres. Man kan alltså uppnå det avsedda syftet, dvs öka noggrann- heten i stabilisering av spänningen över omkopplingskondensatorer- na och förhindra att den okontrollerade likströmskomposanten upp- träder över dessa kondensatorer.

Genom att växelriktaren enligt föreliggande uppfinning medverkar till att öka noggrannheten i stabiliseríngen av spänningen över omkopplingskondensatorerna kan maximispänningarna över kondensa- torerna minskas med 20-30% under samtidigt bibehållande av den höga stabiliteten mot kopplingsförlopp. Minskningen av spänningen f? 457 305 över kondensatorerna gör det möjligt att minska den behövliga s.k. spänningsklassen för de använda tyristorerna och dioderna och i högspänningskretsar minska det behövliga antalet seriekopplade tyristorer och dioder med 20-30%.

Tröskelelementet 22 i växelriktaren enligt uppfinningen kan utgö- ras av en regenerativ komparator eller jämförare, vars inverte- ringsutgâng bildas medelst en logisk inverterare. Fördelningsen- heten 23 utgöres av en av vippor och OCH-grindar uppbyggd räkne- krets av ringtyp. De övriga komponenterna, dvs förinställnings- generatorn 24 och differentialförstärkaren 21 i växelriktaren en- ligt föreliggande uppfinning är av konventionell standarisersd typ.

Med ledning av det ovan angivna kan man alltså förmoda, att växel- riktaren enligt föreliggande uppfinning genom att den uppvisar de viktiga fördelarna, bl.a. enkel konstruktion och hög funktions- säkerhet, kan finna utbredd användning i tyristorbaserade frek- vensomvandlare för en elektrisk drivanordning av asynkrontyp. Växel- riktaren enligt uppfinningen kan särskilt effektivt användas i ty- ristorförsedda, högspända frekvensomvandlare, där funktionssäker- heten samt vikten och dimensionerna under i övrigt lika betingel- ser är av avgörande betydelse.

Industriell användbarhet Växelriktaren enligt föreliggande uppfinning kan i stor omfatt- ning användas i tyristorförsedda frekvensomvandlare för reglerbara elektriska drivanordningar med asynkronmotorer för olika effekt och för olika spänningar.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 _ 457 aus Patentkrav Självkommuterad vâxelriktare innefattande dels en av tyris- torer uppbyggd trefasbrygga. vars växelströmsanslutningskläm- mor via omkopplingskondensatorer är kopplade till var sin vâxelströmsanslutningsklämna till en av dioder uppbyggd tre- fasbrygga. vars 1ikströmsanslutningsklännor via onkopplings- tyristorer är kopplade till tyristorbryggans liknânniga lik- strömsanslutningsklämmor. dels en förinställningsgenerator och dels en fördelningsenhet. som är avsedd att forna styrpulser för tyristorbryggan och för onkopplingstyristorerna. varvid förinställningsgeneratorns utgång är kopplad till en första ingång på fördelningsenheten. vars utgångar är kopplade till tyristorernas styren. k ä n n e t e c k n a d av att växel- riktaren dessutom är försedd med en differentialförstärkare (21), ett tröskelelement (22) verkande ned nystereskurva och tvâ spänningsdelare (18), varvid första arnar i spännings- delarna (18) innefattar vardera tre stjärnkopplade motstånd (19). vilkas anslutningsledare är anslutna till tyristor- bryggans (7) respektive diodbryggans (14) växelströnsanslut- ningsklämmor, under det att notstând (20) i andra armar i spänningsdelarna (18) är inkopplade mellan de av notstânden (19) uppbyggda. stjårnkopplade kretsarnas nollpunkter och jord, varvid spänningsdelarnas (18) utgångar är kopplade till den inverterande respektive den icke-inverterande ingången på dififerentialtörstârkaren (Zl), vars utgång via tröskelele- mentet (22) är kopplad till en andra ingång på fördelnings- enheten (23).