WO1989008944A1 - Thyristor d.c.-a.c. converter with impressed direct current for impressing a load current - Google Patents

Thyristor d.c.-a.c. converter with impressed direct current for impressing a load current Download PDF

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WO1989008944A1
WO1989008944A1 PCT/DE1989/000123 DE8900123W WO8908944A1 WO 1989008944 A1 WO1989008944 A1 WO 1989008944A1 DE 8900123 W DE8900123 W DE 8900123W WO 8908944 A1 WO8908944 A1 WO 8908944A1
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thyristor
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inverter
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PCT/DE1989/000123
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Georg Heinle
Rolf Neubert
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M7/5152Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with separate extinguishing means

Definitions

  • the invention relates to a device for impressing a load current with the features specified in the preamble of claim 1.
  • a predetermined direct current e.g. can be taken from a three-phase network via a controllable rectifier arrangement, can be distributed to the phase inputs of the load connected to the inverter output by means of a controllable inverter.
  • a forced commutation in the inverter is necessary to ensure that when the current is switched between the individual phases of the load, the current is actually emitted from the current branch to be switched off and taken over by the current branch to be switched on .
  • phase sequence inverters or inverters with valves that can be switched off are of practical importance.
  • phase sequence inverter as shown, for example, in "Hut: Electrical Power Engineering", Volume 2 ("Devices”), 29th edition, page 126, Fig. 1.3 - ⁇ -2, is characterized by low costs, but uses the motor due to high voltage peaks. Strong asynchronous torques, considerable harmonic loss and unpleasant noises are generated in an asynchronous motor, for example. If GTO thyristors or transistors are used as inverter valves, the forced commutation in the inverter is achieved by simply switching off the valves. In the article "A new current source GTO inverter with sinusoidal Output voltage and current", IEEE Trans, on Ind. Appl. Vol. IA-21 (1985) pages 1192 - 1198 suggest M.
  • E-Al-0 161 738 in the case of an inverter made of thyristors which cannot be switched off and which feeds an asynchronous motor with capacitors arranged in parallel, the forced communication is achieved by means of a total extinguishing device which consists of a diode, a reversing choke and an extinguishing thyristor connected in series.
  • a total extinguishing device which consists of a diode, a reversing choke and an extinguishing thyristor connected in series.
  • an quenching capacitor In parallel with the swinging circuit and the quenching thyristor, there is an quenching capacitor that is charged beyond the DC input voltage before all inverter valves are forcibly quenched and is discharged by ignition of the quenching thyristor.
  • FIG. 1 A load with parallel capacitors is shown in FIG. 1, which is fed from a direct current circuit by means of an inverter bridge containing simple thyristors, with a total cancellation device connected in parallel with the direct current input of the inverter ensuring the forced commutation.
  • FIG. 2 shows an inverter bridge with a total extinguishing device, which consists of two partial total extinguishing devices each assigned to a commutation group.
  • FIG. 3 contains the arrangement according to FIG. 1 with a total extinguishing device connected in series.
  • FIG. 4 shows a total extinguishing device with a main thyristor and an extinguishing thyristor, FIG.
  • FIG. 5 shows an arrangement of a converter with a DC intermediate circuit and a total extinguishing device, which consists of a switch and a rechargeable capacitor.
  • the arrangement according to FIG. 6 shows a particularly advantageous reloading device. 7 and 8 show particularly advantageous embodiments of the invention.
  • the connections R, S and T of an asynchronous machine ASM are connected to the AC outputs of an inverter INV designed as a thyristor bridge circuit. close and connected to each other in a capacitor bank C RST by means of capacitors.
  • the DC inputs of the inverter INV are fed with a DC current Id via an intermediate circuit choke Ld, which is taken from a three-phase network, for example, via a controlled inverter.
  • Ld intermediate circuit choke
  • the bridge branches of the inverter INV there are simple, that is, thyristors T1,... T6 which cannot be switched off and can be ignited by a control device CTR.
  • a protective circuit TSE is arranged in series with the direct current input of the inverter INV, which is common to the thyristors of the inverter in order to both compensate for their carrier-memory effect and to limit the rise in current and voltage to protect these thyristors.
  • This protective circuit TSE advantageously contains a protective inductor Ls, which is connected in parallel with a series circuit comprising a capacitor and a resistor.
  • the thyristors T1 and T2 are initially triggered by corresponding control signals sl and s2 det while the control signals S3, S4, S5 and S6 are blocked for the other thyristors.
  • the commutation of the current flowing from the connection T to the connection S now requires not only firing the thyristor T6 by means of the control signal s6, but also extinguishing the valve T2.
  • the total extinguishing device EX is used, which is connected in parallel to the DC input of the inverter in FIG.
  • the thyristor Tl and T6 can be ignited and take over the current via the corresponding control signals sl and s6.
  • the quenching device thus forces all of the current-carrying thyristors of the inverter to be switched off and can be actuated whenever commutation is required, in that e-in pulse generator IMP forms a short-term trigger pulse from the corresponding ignition signal of the thyristors and combines these trigger pulses via an OR gate OR and the control input of the switch SW are switched on.
  • the switching load of the total extinguishing device allows, a pulsed operation is also possible. Their switching load can also be reduced by suppressing unnecessary delete commands. For example, up to half of the total deletions are dispensed with, since, depending on the motor voltage present, the current commutates from T2 to T6 or from T6 to T2 even without forced extinction of the releasing valve.
  • the partial total erase device EX 1 is assigned to the commutation group from the thyristors T1, T3 and T5, while EX 1 'is assigned to the other commutation group (T2, T4, T6).
  • Current commutations always take place only within one commutation, for example from T1 to T3 with conductive T2 or from T2 to T6 with conductive T1.
  • the windings of the motor M are brought together at a star point STM and the associated capacitors at a star point STC, which can also be connected to one another.
  • the quenching device located between the positive DC voltage input and STC would also shut down the other thyristors (T3, T5) of their commutation group in addition to the conductive thyristor (T1); then T3 can be ignited.
  • Fig. 4 is shown, in particular serve a main thyristor HT, to which a quenching capacitor Cs is connected in series as a voltage source.
  • the polarity of this quenching capacitor Cs corresponds to the rest position of the total quenching device and the current carrying direction of the main
  • the thyristor HT is directed in the opposite direction to the current flow in the direct current choke LD in FIG. 3 or in the direction of the current flow in the thyristors T1,... T6 in FIG. 1.
  • the main thyristor HT therefore takes on the direct current Id, the thyristors which cannot be switched off being extinguished and the quenching capacitor Cs being recharged.
  • the power converter After completion of the charge reversal and switching off of the main thyristor HT, the power converter again takes over the direct current Id via its valves which are now switched on Main thyristor HT by igniting the quenching thyristor TEX and swinging around the charge stored in the quenching capacitor Cs to restore the original polarity of the voltage, the quenching thyristor TEX automatically extinguishing again.
  • a power transistor or a GTO thyristor can advantageously be used as the semiconductor switch SW in the sum quenching device, but this does not have to be designed for a high permanent load since it is only actuated for a short time.
  • the voltage source UW of FIG. 1 is charged to a voltage that is greater than the peak value of the linked motor voltage.
  • a device is therefore suitable as a voltage source for the device EX in FIG. 1, which is recharged via a corresponding recharging device.
  • This recharging device advantageously contains an uncontrolled rectifier bridge REX, which is connected via a transformer TR, for example, to the AC input of a rectifier REC connected upstream of the DC input of the inverter.
  • REX uncontrolled rectifier bridge
  • the transformer TR can also be connected to the alternating current output of the inverter. This option is particularly advantageous because the voltage UW of the device is only charged to the voltage actually required. The energy required for this is extracted from the motor-side resonant circuit, which leads to a desired damping.
  • a particularly advantageous reloading device is shown on the basis of the total extinguishing device in FIG. 6. It is assumed that it is not necessary for the voltage source of the quenching device to supply a voltage U 7 which is greater in magnitude and of opposite polarity to the DC input voltage U.
  • the inductor L can also be arranged between the sum extinguishing device EXa and the inverter INV and U (can also be negative (for example if the inverter INV feeds back into the direct voltage source) (for example -200 V). ' In the latter case, U should then be selected even more negatively (eg -250 V). In any case, U, -U is positive before actuating the extinguishing device.
  • a capacitor C serving as a voltage source is provided in parallel to the switch Semiconductor valve (here a diode D is sufficient), an inductance L ____ shown in FIG. 6 being unnecessary if the protective circuit TSE from FIG. 1 is provided anyway.
  • the switch SW is advantageously designed as a thyristor which can be switched off and which is switched off after the thyristors of the inverter have gone out.
  • the capacitor C is therefore overloaded to a value which is given by the switch-on duration of SW and the size of the load current I, and. adapts to the respective operating status.
  • an inductive element e.g. L or a protective circuit
  • extended closed times may be desired for the inverter thyristors. These can be achieved by expanding the total deletion device shown in FIG. 6.
  • an auxiliary voltage source UH is connected in series with the semiconductor valve in the recharging circuit. This is polarized so that it amplifies the recharging current flowing through the inverter circuit and the semiconductor valve.
  • the switch SW and ignited inverter valves therefore provides' the Rei ⁇ henscaria from the inverter valves, the Indukti ⁇ tivity of Nachladenikes (ie, in Fig. 7, the inductance L, of the protection circuit TSE), the voltage source C to the sum of quenching device (shown in Fig 7 sator only a Konden ⁇ is. DAR) and the auxiliary voltage source UH a consumer draws its power from the capacitor bank C R r be ⁇ .
  • the auxiliary voltage source acts as a consumer with the consumer voltage U 1, which has the polarity shown in FIG. 7 with respect to the current carrying direction of the parallel-connected inverter circuit.
  • the semiconductor valve is controllable, i.e. it is designed as a simple thyristor. It is ignited shortly after the SW switch is opened to initiate the reloading process and goes out before the SW switch is closed. This prevents the auxiliary voltage source from being short-circuited via the switch SW during the total cancellation.
  • FIG 7 shows a capacitor which is fed via a rectifier REX and a transformer from a suitable AC voltage, analogously to FIG 5. It can be designed, for example, for a voltage U. of 200 V, in which case, for example for a DC voltage U of approximately +200 V for the total cancellation, a counter voltage -U ___! is available, the amount of which is greater than U, + U, that is to say greater than 400 V, because of the impedance of the charging circuit.
  • FIG. 8 A practically equivalent circuit is shown in FIG. 8. 7, the auxiliary voltage source UH with reverse polarity is connected in series with the switch SW and antiparallel to the controllable semiconductor valve Th.
  • the recharging process itself is identical to FIG. 6 and therefore only leads to the voltage of the quenching capacitor C described there, but when the switch is opened the auxiliary voltage source itself is now connected in series with the quenching capacitor. The sum of both voltages then also leads to an extinguishing voltage which is greater in terms of amount.
  • the total deletion is therefore particularly simple and inexpensive to manufacture. It adapts to the respective operating state and also works when idling or when the voltage at the inverter input is reversed. In addition, it reduces the voltage load on the inverter thyristors and avoids a greater reduction in the current fed into the load by the inverter.

Description

Thyristor-Wechselrichter mit eingeprägtem Gleichstrom zum Einprägen eines Laststroms
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einprägen eines Laststroms mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebe¬ nen Merkmalen.
Um in eine Wechselstrom- oder Drehstromlast bestimmte, dem gewünschten Betriebszustand entsprechende Phasenströme einzu¬ speisen, kann ein vorgegebener Gleichstrom, der z.B. über eine regelbare Gleichrichteranordnung einem Drehstromnetz entnommen werden kann, mittels eines steuerbaren Wechselrich- ters auf die an den Wechselrichter-Ausgang angeschlossenen Phaseneingänge der Last verteilt werden. Bei vielen Lasten, insbesondere Asynchronmaschinen, ist dabei eine Zwangskommu¬ tierung im Wechselrichter erforderlich, um sicherzustellen, daß beim Umschalten des Stromes zwischen den einzelnen Pha- sen der Last der Strom tatsächlich vom abzuschaltenden Strom¬ zweig abgegeben und vom einzuschaltenden Stromzweig übernom¬ men wird. Gegenwärtig sind dabei vor allem Phasenfolgewech¬ selrichter oder Wechselrichter mit abschaltbaren Ventilen (GTO-Thyristoren oder Transistoren) von praktischer Bedeu- tung.
Der Phasenfolgewechselrichter, wie er z.B. in "Hütte: Elektrische Energietechnik", Band 2 ("Geräte"), 29. Auflage, Seite 126, Bild 1.3 - ^-2, gezeigt ist, zeichnet sich durch geringe Kosten aus, beansprucht aber den Motor durch hohe Spannungsspitzen. Dabei werden z.B. in einem Asynchronmotor starke Pendelmomente, beachtlicher Oberschwingungsverlust und unangenehme Geräusche erzeugt. Werden als Wechselrichterventile GTO-Thyristoren oder Tran¬ sistoren verwendet, so wird die Zwangskommutierung im Wech¬ selrichter durch einfaches Abschalten der Ventile erreicht. Im Aufsatz "A new current source GTO inverter with sinusoidal Output voltage and current", IEEE Trans, on Ind. Appl. Vol. IA-21 (1985) Seite 1192 - 1198 schlagen M. Hombu, S. Ueda, A. Ueda und Y. Matsuda vor, parallel zur Last Kondensatoren anzuordnen.Diese Anordnung, bei der der Wechselrichter nun¬ mehr kapazitiv belastet wird, vermeidet die o.g. Nachteile des Phasenfolgewechselrichters, ist aber im Bereich höherer Leistungen wegen der hohen Kosten für die abschaltbaren Ven¬ tile sehr teuer.
Gemäß der E-Al-0 161 738 wird bei einem Wechselrichter aus nichtabschaltbaren Thyristoren, der einen Asynchronmotor mit parallel angeordneten Kondensatoren speist, die Zwangskommu¬ tierung durch eine Summenlöscheinrichtung erreicht, die aus einer Reihenschaltung einer Diode, einer Umschwingdrossel und eines Löschthyristors besteht. Parallel zu Umschwingdros- sei und Löschthyristor liegt ein Löschkondensator, der vor einer Zwangslöschung aller Wechselrichterventilen über die Eingangsgleichspannung hinaus aufgeladen ist und durch eine Zündung des Löschthyristors entladen wird. Die Ladung des Kondensators schwingt über eine antiparallel zum Löschthy- ristor liegende Rückschwingdiode wieder in die Anfangslage, jedoch wird bei dieser Schwingung die Spannung des Löschkon¬ densators so negativ, daß alle Thyristoren des Wechselrich¬ ters erlöschen.
Dieses negative Überschwingen setzt aber eine genügend große positive Vorladung des Löschkondensators voraus, wodurch die Ventile vor allem im Generatorbetrieb oder Leerlauf der Ma¬ schine einer hohen Spannungsbelastung ausgesetzt sind. Die Umschwingdrossel, die während des Löschvorganges die gesamte Energie aufnehmen muß, ist sehr groß zu bemessen. Auch die Maschinenkondensatoren müssen groß bemessen sein, um die an¬ gegebenen Kurvenverläufe zu erreichen und einen kontinuier¬ lichen Laststrom auch während der Zeiten bereitzustellen, in denen der Eingangsstrom auf die Summenlöscheinrichtung kom-
5 mutiert.
Diese Zeiten, die vor allem im Leerlauf-Fall sehr groß sein können, setzen einerseits die Ausnutzung des Wechselrichters herab, verhindern andererseits höhere Schaltfrequenzen, wie 10 sie vor allem für einen Pulsbetrieb des Wechselrichters er¬ forderlich sind, der an sich für eine weitere Herabsetzung der Oberwellen in der Last vorteilhaft wäre. Daher ist diese bekannte Vorrichtung verhältnismäßig voluminös und teuer.
15 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen einfa¬ chen Umrichter für eingeprägten Gleichstrom bereitzustellen, der einerseits eine Zwangskommutierung zuläßt, andererseits eine Belastung angeschlossener Verbraucher mit Oberschwingun¬ gen vermeidet.
"20
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merk¬ malen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin¬ dung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
25 Die guten technischen Eigenschaften des bekannten GTO-Wechsel- richters sind auf die parallel zum Motor geschalteten Konden¬ satoren zurückzuführen, die einen großen Teil der Stromober¬ schwingungen am Motor vorbeileiten. Die Kosten für die ab¬ schaltbaren Ventile werden durch Verwendung eines Wechselrich-
30 ters mit einfachen, nichtabschaltbaren Wechselrichterventilen vermieden, insbesondere eines Wechselrichters mit Phasenfolge¬ löschung. Um eine Zwangskommutierung zwischen den nichtab¬ schaltbaren Ventilen sicherzustellen, wird lediglich eine ein¬ fache, allen Stromrichterventilen zugeordnete Löscheinrich-
35 tung im Gleichstromkreis des Wechselrichters benötigt, die bei einer Kommutierung den vollen Gleichstrom von den Wechsel- richterthyristoren übernimmt, so daß diese von selbst erlö¬ schen und in den sperrenden Zustand übergehen. Anschließend kann dann jeweils eine neue Kombination von Thyristoren im Wechselrichter gezündet und die Summenlöscheinrichtung abge- schaltet werden. Man erreicht dadurch eine vorteilhafte Kom¬ bination von parallel zum Motor angeordneten Kondensatoren, einer einfachen Wechselrichterschaltung und einer Summen¬ löscheinrichtung, die nur eine geringe Verteuerung der ein¬ fachen Wechselrichteranordnung, aber gegenüber der Verwen- düng abschaltbarer Ventile eine erhebliche Verringerung des Aufwandes darstellt.
Anhand von 8 Figuren und 6 Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.
In Figur 1 ist eine Last mit parallelen Kondensatoren darge¬ stellt, die aus einem Gleichstromkreis mittels einer einfache Thyristoren enthaltenden Wechselrichterbrücke gespeist wird, wobei eine zum Gleichstromeingang des Wechselrichters paral- lel geschaltete Summenlöscheinrichtung die Zwangskommutierung sicherstellt. Figur 2 zeigt eine Wechselrichterbrücke mit einer Summenlöscheinrichtung, die aus zwei jeweils einer Kom¬ mutierungsgruppe zugeordneten Teil-Summenlöscheinrichtungen besteht. Figur 3 enthält die Anordnung nach Figur 1 mit einer in Reihe geschalteten Summenlöscheinrichtung. Figur 4 zeigt eine Summenlöscheinrichtung mit einem Hauptthyristor und einem Löschthyristor, Figur 5 eine Anordnung aus einem Um¬ richter mit Gleichstromzwischenkreis und einer Summenlösch¬ einrichtung, die aus einem Schalter und einem nachladbaren Kondensator besteht. Die Anordnung nach Figur 6 zeigt eine besonders vorteilhafte Nachladeeinrichtung. In Fig. 7 und Fig. 8 sind besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfin¬ dung dargestellt.
Gemäß Figur 1 sind die Anschlüsse R, S und T einer Asynchron¬ maschine ASM an die Wechselstromausgänge eines als Thyristor- Brückenschaltung ausgebildeten Wechselrichters INV ange- schlössen und gleichzeitig in einer Kondensatorbatterie CRST mittels Kondensatoren miteinander verbunden. Die Gleichstrom¬ eingänge des Wechselrichters INV sind über eine Zwischen- kreisdrossel Ld mit einem Gleichstrom Id gespeist, der z.B. über einen gesteuerten Wechselrichter einem Drehstromnetz entnommen wird. In den Brückenzweigen des Wechselrichters INV liegen einfache, d.h. nicht abschaltbare Thyristoren Tl , ... T6, die von einer Steuereinrichtung CTR gezündet werden können.
In Reihe mit dem Gleichstromeingang des Wechselrichters INV ist eine Schutzschaltung TSE angeordnet, die den Thyristo¬ ren des Wechselrichters gemeinsamt ist, um sowohl deren Träger-Speicher-Effekt zu kompensieren als auch zum Schutz dieser Thyristoren den Anstieg von Strom und Spannung zu begrenzen. Diese Schutzschaltung TSE enthält vorteilhaft eine Schutzinduktivität Ls, der eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand parallel geschaltet ist.
Liegt nun z.B. ein Betriebszustand vor, bei dem der einge¬ prägte Gleichstrom Id zunächst zwischen den Wechselstrom- Ausgängen RT fließen und anschließend auf die Eingänge R und S kommutieren soll, so sind zunächst durch entsprechende Ansteuersignale sl und s2 die Thyristoren Tl und T2 gezün¬ det, während die Ansteuersignale S3, S4, S5 und S6 für die anderen Thyristoren gesperrt sind. Die Kommutierung des aus dem Anschluß T fließenden Stromes auf den Anschluß S erfor¬ dert nun nicht nur ein Zünden des Thyristors T6 mittels des Ansteuersignais s6, sondern auch ein Erlöschen des Ventiles T2. Hierzu dient die Summenlöscheinrichtung EX, die in Fig. 1 parallel zum Gleichstromeingang des Wechselrichters geschaltet ist und z.B. eine Reihenschaltung aus einem Halb¬ leiter-Schalter SW und einer Spannungsquelle UW in der ange- gebenen Polarität enthält. Durch vorübergehendes Schließen des Schalters SW wird somit an die zunächst stromführenden Thyristoren Tl und T2 eine der Stromflußrichtung entgegen¬ gerichtete Spannung gelegt, so daß diese Thyristoren er¬ löschen und der Gleichstrom Id von der Spannungsquelle Uw aufgenommen wird. Wird nun die Summenlöscheinrichtung EX durch Öffnen des Schalters SW abgeschaltet, so können über die entsprechenden Ansteuersignale sl und s6 die Thyristo¬ ren Tl und T6 gezündet werden und den Strom übernehmen.
Die Löscheinrichtung erzwingt somit das Abschalten aller jeweils stromführenden Thyristoren des Wechselrichters und kann bei jeder erforderlichen Kommutierung betätigt werden, indem e-in Impulsbildner IMP jeweils aus dem entsprechenden Zündsignal der Thyristoren einen kurzzeitigen Ansteuerim- puls bildet und diese Ansteuerimpulse über ein ODER-Gatter OR vereinigt und dem Steuereingang des Schalters SW aufge¬ schaltet werden.
Soweit es die Schaltbelastung der Summenlöscheinrichtung zuläßt, ist dabei auch ein Pulsbetrieb möglich. Deren Schalt¬ belastung kann ferner herabgesetzt werden, indem unnötige Löschbefehle unterdrückt werden. So können z.B. bis zur Hälf¬ te der Summenlöschungen entfallen, da je nach vorliegender Motorspannung der Strom von T2 auf T6 oder von T6 auf T2 auch ohne Zwangslöschung des abgebenden Ventils kommutiert.
Dies ist am Beispiel der Fig. 2 dargestellt, wo die. Summen¬ löscheinrichtung in zwei in Reihe liegende Teile EX' und EX' ' aufgeteilt ist. Die Teil-Summenlöscheinrichtung EX1 ist der Kommutierungsgruppe aus den Thyristoren Tl, T3 und T5 zugeordnet, während EX1 ' der anderen Kommutierungsgruppe (T2, T4, T6) zugeordnet ist. Stromkommutierungen finden da¬ bei stets nur innerhalb einer Kommutierung statt, z.B. von Tl auf T3 bei leitendem T2 oder von T2 auf T6 bei leitendem Tl. Die Wicklungen des Motors M sind an einem Sternpunkt STM und die zugeordneten Kondensatoren an einem Sternpunkt STC zu¬ sammengeführt, die auch miteinander verbunden sein können. Die zwischen dem positiven Gleichspannungseingang und STC liegende Löscheinrichtung würde neben dem leitenden Thy¬ ristor (Tl) auch die anderen Thyristoren (T3, T5) ihrer Kom¬ mutierungsgruppe stillsetzen; anschließend kann dann z.B. T3 gezündet werden.
Dadurch werden die Schaltfrequenz jeder Teilsummenlöschein- richtung halbiert, die Schaltverluste im Wechselrichter und die Spannungsbeanspruchung der Löschelemente verringert und ein Stromabbau in der jeweils nicht gelöschten Kommutierungs¬ gruppe und in einem Teil der Last weitgehend vermieden.
In Fig. 3 sind mit der als Last dienenden Asynchronmaschine, den dazu parallel liegenden Kondensatoren, den nichtabschalt¬ baren Thyristoren der Wechselrichter-Brückenschaltung sowie der Summen-Löscheinrichtung EX die wichtigsten Elemente der Erfindung dargestellt, wobei aber jetzt die Summenlöschein¬ richtung EX parallel zu der Gleichstromdrossel Ld angeordnet ist, die zur Einprägung des Gleichstromes Id dient. Im Ruhe¬ zustand der Löscheinrichtung liegt an ihr eine Spannung der eingezeichneten Polarität an, die bei Betätigung der Lösch- einrichtung als Sperrspannung den Thyristoren aufgeschaltet wird und deren Erlöschen erzwingt, während der von der Dros¬ sel Ld aufrecht erhaltene Gleichstrom Id vorübergehend von der Summenlöscheinrichtung EX übernommen wird.
Als Schalter SW der Summenlöscheinrichtung kann, wie in
Fig. 4 dargestellt ist, insbesondere ein Hauptthyristor HT dienen, dem als Spannungsquelle ein Löschkondensator Cs in Reihe geschaltet ist. Die eingezeichnete Polarität dieses Löschkondensators Cs entspricht der Ruhestellung der Summen- löscheinrichtung und die Stromführungsrichtung des Haupt- thyristors HT ist der Stromflußrichtung in der Gleichstrom¬ drossel LD der Fig. 3 entgegengerichtet bzw. der Stromfüh- nungsrichtung der Thyristoren Tl, ... T6 der Fig. 1 paral¬ lel gerichtet. Bei seinem Zünden übernimmt daher der Haupt- thyristor HT den Gleichstrom Id, wobei einerseits die nicht¬ abschaltbaren Thyristoren erlöschen, andererseits der Lösch¬ kondensator Cs umgeladen wird. Nach Abschluß der Umladung und Abschalten des Hauptthyristors HT übernimmt der Strom¬ richter über seine nunmehr eingeschalteten Ventile wieder den Gleichstrom Id. Ein parallel zum Löschkondensator Cs angeordneter Umschwingzweig, der eine Reihenschaltung einer Umschwingdrossel Ls' und eines Löschthyristors TEX enthält, ermöglicht es, bei abgeschaltetem Hauptthyristor HT durch Zünden des Löschthyristors TEX und Umschwingen der im Lösch- kondensator Cs gespeicherten Ladung die ursprüngliche Pola¬ rität der Spannung wiederherzustellen, wobei der Löschthy¬ ristor TEX von selbst wieder erlischt.
Als Halbleiterschalter SW kann in der Summenlöscheinrichtung vorteilhaft ein Leistungstransistor oder ein GTO-Thyristor verwendet werden, der jedoch nicht auf eine hohe Dauerbela¬ stung ausgelegt sein muß, da er nur kurzzeitig betätigt wird. Die Spannungsquelle UW der Fig. 1 ist jedoch auf eine Span¬ nung aufgeladen, die größer ist als der Scheitelwert der ver- ketteten Motorspannung. Für die Einrichtung EX der Fig. 1 eignet sich daher als Spannungsquelle ein Kondensator, der über eine entsprechende Nachladeeinrichtung nachgeladen wird. Vorteilhaft enthält diese Nachladeeinrichtung eine ungesteuer¬ te Gleichrichterbrücke REX, die über einen Transformator TR z.B. an den Wechselstromeingang eines dem Gleichstromeingang des Wechselrichters vorgeschalteten Gleichrichters REC an¬ geschlossen ist. Der Transformator TR kann aber auch, wie in Fig. 5 dargestellt ist, an den Wechselstrom-Ausgang des Wech¬ selrichters angeschlossen sein. Diese Möglichkeit ist beson- ders vorteilhaft, da dabei die Spannung UW der Summenlösch- einrichtung nur auf die tatsächlich benötigte Spannung auf¬ geladen wird. Die hierzu benötigte Energie wird dem motor- seitigen Schwingkreis entzogen, was zu einer erwünschten Dämpfung führt.
Eine besonder vorteilhafte Nachladeeinrichtung ist anhand der Summenlöscheinrichtung der Fig. 6 dargestellt. Dabei ist davon ausgegangen, daß es nicht erforderlich ist, daß die Spannungsquelle der Löscheinrichtung eine Spannung U7 lie- fert, die betragsmäßig größer und von entgegengesetzter Po¬ larität wie die Eingangsgleichspannung U, ist.
Schwankt z.B. bei den in Fig. 6 gezeigten Polaritäten die Gleichspannung wegen des Wechselrichterbetriebes um einen Mittelwert U, von etwa +200 V, so genügt ein positives U das unter der unteren Schwankungsgrenze von U, (z.B. 150 V) liegt. Durch Betätigen des Schalters SW wird dann U einer- seits in einen Stromkreis für den eingespeisten Laststrom I,, andererseits auch in einen Stromkreis geschaltet, der über den Wechselrichter INV mit seiner aufgeladenen Konden¬ satorbatterie INV und die parallele Last führt. Die Span¬ nungsquelle C ist so bemessen, daß sie den Laststrom I, übernehmen und dem Wechselrichter so viel Strom entziehen kann, daß dessen Ventile erlöschen.
Die Drossel L, kann dabei auch zwischen der Summenlöschein¬ richtung EXa und dem Wechselrichter INV angeordnet sein und U, kann (z.B. wenn der Wechselrichter INV in die Gleichspan¬ nungsquelle zurückspeist) auch negativ (z.B. -200 V) sein.' Im letzteren Fall ist dann U noch negativer zu wählen (z.B. -250 V). In jedem Fall ist vor Betätigen der Löscheinrich¬ tung U, - U positiv. Um diesen Ausgangszustand nach einer Löschung und Wiederzündung der Wec selrichterventile wieder herzustellen, ist bei einem als Spannungsquelle dienenden Kondensator C vorgesehen, parallel zum Schalter ein Halbleiterventil (hier genügt eine Diode D ) anzuordnen, wo- bei eine in Fig. 6 dargestellte Induktivität L ____ entbehrlich ist, falls ohnehin die Schutzschaltung TSE aus Fig. 1 vorge¬ sehen ist.
Der Schalter SW ist dabei vorteilhaft als abschaltbarer Thy¬ ristor ausgebildet, der abgeschaltet wird, nachdem die Thy¬ ristoren des Wechselrichters erloschen sind. Der Kondensator C ist daher auf einen Wert überladen, der durch die Ein¬ schaltdauer von SW und die Größe des Laststromes I, gegeben ist und. sich damit dem jeweiligen Betriebszustand anpaßt.
Wird jetzt bei geöffnetem SW der Wechselrichter INV erneut gezündet, dann wird damit ein Nachladekreis geschlossen, der in Stromflußrichtung über die Wechselrichter-Thyristoren, ein induktives Element (z.B. L oder eine Schutzschaltung
TSE nach Fig. 1) und die Diode D führt und den geöffneten
Schalter SW überbrückt. Die Überladung von C , d.h. ein ne- g°ativer Wert von Ud, - Uz wird über die Diode Dz dieses Nach- ladekreises abgebaut und das induktive Element treibt vorü¬ bergehend weiteren Ladestrom auf den Kondensator, der somit auf die erforderliche Ausgangsspannung U gebracht wird, die unter U, liegt.
Bei gewissen nicht-stationären Betriebszuständen können für die Wechselrichter-Thyristoren verlängerte Schonzeiten er¬ wünscht sein. Diese können durch eine Erweiterung der in Fig. 6 gezeigten Summenlöscheinrichtung erreicht werden.
Hierbei ist nach Fig. 7 in den Nachladekreis eine Hilfs- spannungsquelle UH in Reihe mit dem Halbleiterventil ge¬ schaltet. Diese Ist so gepolt, daß sie den über die Wech¬ selrichterschaltung und das Halbleiterventil fließenden Nachladestrom verstärkt. Bei geöffnetem Schalter SW und gezündetem Wechselrichterventilen stellt daher 'die Rei¬ henschaltung aus den Wechselrichterventilen, der Indukti¬ vität des Nachladekreises (d.h. in Fig. 7 die Induktivität L , der Schutzschaltung TSE), der Spannungsquelle C der Summenlöscheinrichtung (die in Fig. 7 lediglich ein Konden¬ sator ist) und die Hilfsspannungsquelle UH einen Verbraucher dar, der seine Spannung aus der Kondensatorbatterie CR r be¬ zieht. In dieser Reihenschaltung wirkt die Hilfsspannungs¬ quelle als Verbraucher mit der Verbraucherspannung U, , die die in Fig. 7 gezeigte Polung gegenüber der Stromführungs¬ richtung der parallelgeschalteten Wechselrichterschaltung aufweist.
Nach Erlöschen der Wechselrichterventile wird der Halblei¬ terschalter SW geöffnet und eine neue Kombination der Wech¬ selrichterventile gezündet. Bei leitendem Halbleiterventil liegt C jetzt in einem Stromkreis, der über die Bauteile TSE, INV und UH führt und den Kondensator Cz auf die Span¬ nung U = U, + U, auflädt und somit die Nachladung verstärkt. Daher wird die Spannung U, - U , die beim Schließen des Schalters SW eine Gegenspannung and den Wechselrichterthyri¬ storen hervorruft, noch stärker positiv als bei der Schaltung nach Fig. 6
Dadurch wird das Erlöschen dieser Thyristoren beschleunigt und gleichzeitig die Umladezeit des Kondensators C und da- mit die Schonzeit der Thyristoren verlängert.
Das Halbleiterventil ist steuerbar, d.h. es ist als einfa¬ cher Thyristor ausgebildet. Er wird kurz nach Öffnen des Schalters SW gezündet, um den Nachladevorgang einzuleiten und erlischt, bevor der Schalter SW geschlossen wird. Da- durch wird verhindert, daß die Hilfsspannungsquelle während der Summenlöschung über den Schalter SW kurzgeschlossen wird.
Als Hilfsspannungsquelle ist in Fig. 7 ein über einen Gleich¬ richter REX und einen Transformator aus einer geeigneten Wech- selspannung gespeister Kondensator dargestellt, analog zur Nachladeeinrichtung der Fig. 5. Er kann z.B. auf eine Spannung U. von 200 V ausgelegt sein, wobei dann z.B. für eine Gleich¬ spannung U, von ungefähr +200 V für die Summenlöschung eine Gegenspannung -U ___! zur Verfügung steht, deren Betrag wegen der Impedanz des Ladekreises größer ist als U, + U, , also größer als 400 V.
Eine praktisch gleichwertige Schaltung ist in Fig. 8 gezeigt. Hierbei ist gegenüber der Löscheinrichtung der Fig. 7 die Hilfsspannungsquelle UH mit umgekehrter Polung in Reihe mit dem Schalter SW und antiparallel zum steuerbaren Halbleiter¬ ventil Th gelegt. Der Nachladevorgang selbst ist dabei, iden¬ tisch mit Fig. 6 und führt daher nur zu der dort beschriebe¬ nen Spannung des Löschkondensators C , jedoch wird beim Öff- nen des Schalters nunmehr die Hilfsspannungsquelle selbst in Reihe mit dem Löschkondensator gelegt. Die Summe beider Spannungen führt dann ebenfalls zu einer betragsmäßig größe¬ ren Löschspannung.
Die Summenlöschung ist daher besonders einfach und kosten¬ günstig herzustellen. Sie paßt sich dem jeweiligen Betriebs¬ zustand an und arbeitet auch im Leerlauf oder bei Umkehrung der Spannung am Wechselrichtereingang. Darüber hinaus redu¬ ziert sie die Spannungsbelastung der Wechselrichterthyri- stören und vermeidet eine stärkere Reduzierung des vom Wech¬ selrichter in die Last gespeisten Stromes.
II Patentansprüche 6 Figuren

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Einprägen eines Laststroms mittels einer zwangskommutierbaren Thyristor-Wechselrichterschaltung, die von einem eingeprägten Gleichstrom (Id) gespeist ist und an dessen Wechselstromausgängen Kondensatoren parallel
Figure imgf000015_0001
zur Last (ASM) angeordnet sind, wobei die Thyristoren (T1,...T6) in den Hauptstromzweigen der Thyristor-Wechsel¬ richterschaltung nichtabschaltbar und mittels einer dem Gleichstromeingang der Thyristor-Wechselrichterschaltung vorgeschalteten Summenlöscheinrichtung (EX) abschaltbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Summenlöscheinrichtung eine Reihenschaltung aus einer Spannungsquelle (UW) und einem Halbleiter-Schalter (SW) enthält. (Fig. 1)
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Summenlöscheinrichtung
(EX) parallel zum Gleichstromeingang geschaltet ist. (Fig. 1)
3- Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Summenlöscheinrichtung (EX) parallel zu einer in Reihe mit dem Gleichstromeingang angeordneten Zwischenkreisdrossel (LD) geschaltet ist. (Fig. 3)
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Spannungsquelle einen Löschkondensator (Cs1) enthält, der von einer Nachladeein- richtung (REX, TR) nachgeladen wird. (Fig. 5)
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß in der Summenlöscheinrich¬ tung ein Löschkondensator (Cs) als Spannungsquelle und ein Hauptthyristor (HT) als Halbleiter-Schalter in Reihe ge¬ schaltet sind und eine zum Löschkondensator parallele Reihen¬ schaltung aus einem Löschthyristor (TEX) und einer Umschwing¬ drossel (Ls) den Löschkondensator nachlädt. (Fig. 4)
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Nachladeeinrichtung eine ungesteuerte Gleichrichterbrücke (REX) enthält, die über einen Transformator (TR) an den Wechselstrom-Ausgang der Thyristor-Wechselrichterschaltung (INV) oder den Wechsel¬ strom-Eingang eines dem Gleichstromeingang der Thyristor- Wechselrichterschaltung vorgeschalteten Gleichrichters (REC) angeschlossen ist. (Fig. 5)
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Nachladeschaltung einen in Stromführungsrichtung über die nichtabschaltbaren Thyri¬ storen, ein induktives Element (L ) und eine den Halbleiter- Schalter überbrückendes Halbleiterventil (D„) führenden Nachladekreis enthält. (Fig. 6)
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das Halbleiterventil (Th) steuerbar ist und daß der Halbleiterschalter (SW) von einer Reihenschaltung aus dem steuerbaren Halbleiterventil (Th) und einer den Strom über das steuerbare Halbleiterventil verstärkenden Hilfsspannungsquelle (UH) überbrückt wird. (Fig. 7)
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß das Halbleiterventil (Th) steuerbar ist und eine Reihenschaltung aus dem Halbleiter¬ schalter (SW) und einer parallel zum Halbleiterventil (Th) gepolten Hilfsspannungsquelle (UH) überbrückt (Fig. 8).
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß in Reihe mit dem Gleichstrom¬ eingang eine den nichtabschaltbaren Thyristoren (T1,...T6) der Thyristor-Wechselrichterschaltung gemeinsame Schutzschal- tung (TSE) angeordnet ist. (Fig. 1)
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Summenlöscheinrichtung Teil-Summenlöscheinrichtungen enthält, von denen jeweils alle nichtabschaltbaren Thyristoren einer Kommutierungsgruppe
(d.h. jeweils alle in den Hauptstromzweigen der Thyristor- Wechselrichterschaltung angeordneten Thyristoren, zwischen denen eine Stromkommutierung möglich ist) gelöscht werden. (Fi.g 2)
Ersatzbla
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