DE1413998C - Anordnung zur Steuerung oder Regelung des Stromes eines netzgeführten Mehrphasenwechselrichters - Google Patents

Description

3 4

des Gleichrichters 2 stets größer sein als die Span- Umdrehungszahlen des Asynchronmotors 19 zu ernung U_g. Andererseits muß die Spannung U_g kleiner reichen, kann man die Frequenz /₂ kleiner oder grösein als die Spannung des Wechselrichters 3, damit ßer einstellen. Dabei muß, wenn der normale Kraftder Strom des Wechselrichters durch periodisches fluß im Asynchronmotor 19 erhalten bleiben soll, Schalten des Halbleiterventils 5 verändert werden 5 die Spannung U_g etwas proportional mit der Frekann. Die steuerbaren Halbleiterventile des Wechsel- quenz /₂ absinken bzw. ansteigen. Dies erfolgt beirichters 3 werden durch eine Steuereinrichtung 12 je spielsweise dadurch, daß in einem Umsetzer 15 eine etwa bis 120° offengehalten, und zwar während der Frequenz /₂ entsprechende Gleichspannung U_{g son} der Zeiten, in denen die zugehörige Wechselphasen- einer Steuereinrichtung 16 zugeführt wird. Der letztspannung ihre Höchstwerte hat. Will man induktiven io genannten Steuerung wird auch die Gleichspannung Blindstrom vom Wechselrichter in das Netz zurück- U_g als Istwert U_{g ist} zugeführt. Aus dem Vergleich, geben, so kann man die Zündzeiten der steuerbaren beider erzeugt die Steuereinrichtung 16 die Zünd-Halbleiterelemente auch über den Phasenschnittpunkt und Löschimpulse für die Halbleiterventile 4 und 5 hinaus ein gewisses Maß verzögern. derart, daß sich die gewünschte Gleichspannung U_g An die Gleichspannungssammelschiene 10 ist ein 15 einstellt und daß außerdem der Kreisstrom in vorweiterer Wechselrichter 18 angeschlossen, welcher gegebenen Grenzen bleibt. Man kann auch die Freeinen Asynchronmotor 19 speist. Da der Asynchron- quenz /₂ mit dem Sollwert der Drehzahl «_soll in solmotor 19 Blindstrom benötigt, muß der Wechsel- eher Weise koppeln, daß sich ein den jeweiligen Berichter 18 mit Blindstromventilen ausgerüstet sein, triebsbedingungen der Arbeitsmaschine 14 entspred. h., er muß vorübergehend Leistung über die Gleich- ao chendes optimales Verhalten des Antriebes ergibt, spannungssammelschiene 10 zurückgeben. Damit der Das heißt, /₂ und U_g sind derart aufeinander abzu-Betrieb des Wechselrichters 18 vom Betriebszustand stimmen bzw. zu regeln, daß die über die Tastschaldes Asynchronmotors 19 unabhängig wird, kann er tung 11 zurückgegebene Leistung möglichst klein in bekannter Weise mit Phasensperrventilen zur wird. Unter Umständen ist es auch möglich, statt Zwangskommutierung ausgerüstet werden. Für die 95 eines Schleifringläufers einen Kurzschlußläufer zu dabei aus der Gleichspannungssammelschiene 10 auf- verwenden. In diesem Fall müssen /₂ und U_g in ganz zunehmenden bzw. abzugebenden Kondensatorstrom- bestimmter Weise miteinander gekoppelt werden, um stoße ist ein Kondensator 20 vorgesehen. Dieser Kon- einen gewünschten Fluß im Asynchronmotor 19 aufdensator glättet gleichzeitig im Zusammenwirken mit rechtzuerhalten. Wenn man -dabei auch eine bed.en Drosseln 6 und 7 die Gleichspannung U_g, die an 30 stimmte Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie erreichen sich auch bei kleinen Beträgen der Spannung im we- will, muß man die Istdrehzahl n_iät über eine Tacho*· sentlichen nur Oberwellen der Tastfrequenz enthält, maschine 17 erfassen und gleichzeitig mit der Fred. h. einer Frequenz, welche wesentlich größer ist quenz /., und der Spannung U_g einem Regler 21 zuals die Frequenz des Netzes 1 und daher verhältnis- führen.

mäßig leicht geglättet werden kann. Der in der Zeich- 35 Auch wenn der Wechselrichter 18 eine Synchronnung dargestellte Asynchronmotor 19 hat einen maschine speisen soll, ist eine Kopplung der Fre-Schleif ringlauf er, der über einen Gleichrichter 9 auf quenz /₂ mit der Spannung U_g erforderlich, um in eine weitere Impulsschaltung 11 arbeitet und somit der Synchronmaschine über einen weiten Frequenz-Gleichstromenergie in die Gleichspannungssammel- bereich den günstigsten Fluß aufrechtzuerhalten. Soll schiene 10 zurückliefern kann. Zu dem Zweck muß 40 die Drehrichtung der Synchronmaschine umgekehrt die Spannung des Gleichrichters 9 stets kleiner sein werden, so braucht man nicht einzelne Phasen der als die Spannung U_g der Gleichspannungssammel- Wechselspannung bzw. der Mehrphasenspannung zu schiene 10. Dabei wird dem Gleichrichter 9 geglät- vertauschen, vielmehr kann man die Phasenfolge der teter Gleichstrom I_{2 g} entnommen. In die Gleichspan- Steuerung der Halbleiterventile des Wechselrichters nungssammelschiene 10 werden dagegen Impuls- 45 vertauschen, wobei vorübergehend die Gleichspanströme i_2g geliefert, welche durch den Kondensator nung U_g durch die Halbleiterventile 4 und 5 auf Null 20 geglättet werden. Die Drehzahl η des Asynchron- gebracht werden kann.

motors 19 hängt einmal von der Wechselrichter- Die vorstehend erläuterte Anordnung wird vorfrequenz /₂ ab, die willkürlich eingestellt werden zugsweise für regelbare Antriebe aller Art verwendet, kann, andererseits jedoch bei gegebenem Dreh- 50 beispielsweise für Hubwerke, Kräne, Aufzüge, Förmoment der Arbeitsmaschine 14 von der Wirkkom- deranlagen, Walzwerksantriebe, Schiffsantriebe oder ponente des Rotorstromes I₂, die durch die Impuls- elektrische Wechselstrombahnen. Die Anordnung arschaltung 11 verändert werden kann, so daß der Mo- beitet nicht nur, wie in dem Beispiel dargestellt ist, tor bei fester Frequenz /₂ und wechselndem Dreh- an dreiphasigen, sondern auch an höherphasigen moment der Arbeitsmaschine 14 auf konstante Dreh- 55 Wechselstromnetzen. Ebenso kann der Wechselzahl geregelt werden kann. Um kleinere oder größere richter 18 hochphasig ausgeführt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 löst, daß parallel zu dem Eingang des Wechsel-Patentansprüche: richters ein im Schaltbetrieb arbeitendes Halbleiterventil und auf der schaltungsmäßig von dem Wech-

1. Anordnung zur Steuerung oder Regelung des selrichter abgewandten Seite des Halbleiterventils Stromes eines netzgeführten Mehrphasenwechsel- 5 eine Drossel in Reihe mit dem Eingang des Wechselrichters mit steuerbaren Ventilen, dadurch richters vorgesehen und die Steuereinrichtungen des gekennzeichnet, daß parallel zu dem Ein- Wechselrichters und des Halbleiterventils derart ausgang des Wechselrichters (3) ein im Schaltbetrieb gebildet sind, daß der Wechselrichter mit einem arbeitendes Halbleiterventil (5) und auf der schal- festen Steuerwinkel betrieben wird, daß die Schalttungsmäßig von dem Wechselrichter (3) abge- io frequenz des Halbleiterventils groß gegenüber der wandten Seite des Halbleiterventils (5) eine Dros- Netzfrequenz ist und daß das Tastverhältnis des sei (7) in Reihe mit dem Eingang des Wechsel- Halbleiterventils zur Steuerung oder Regelung des richters (3) vorgesehen und die Steuereinrichtun- Stromes des Wechselrichters veränderbar ist.

gen (12, 16) des Wechselrichters (3) und des Der durch die Erfindung erzielbare Vorteil besteht

Halbleiterventils (5) derart ausgebildet sind, daß 15 darin, daß für den Wechselrichter zwar gesteuerte

der Wechselrichter (3) mit einem festen Steuer- Halbleiterventile erforderlicTi sind, aber die Steuerung

winkel betrieben wird, daß die Schaltfrequenz des dieser Ventile fest eingestellt sein kann, und zwar

Halbleiterventils (5) groß gegenüber der Netz- auf volle Gleichspannung. Dadurch werden die mit

frequenz ist und daß das Tastverhältnis des Halb- der üblichen Herabsteuerung des Wechselrichters

leiterventils (5) zur Steuerung oder Regelung des 20 verbundenen Nachteile, nämlich höhere Beanspru-

Stromes des Wechselrichters (3) veränderbar ist. chung der Halbleiterventile durch Sprungspannun-

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeich- gen, größerer Oberwellengehalt der Phasenströme net durch Siebmittel (C₁, L₁), insbesondere Kon- und hohe Steuerblindleistung, vermieden. Um die densatoren, auf der Wechselstromseite zur Um- hohe Impulsfrequenz vom Wechselstromnetz fernzuformung der Stromimpulse in Grundwellenströme. 25 halten, können Siebmittel, beispielsweise Tiefpaßfilter, vorgesehen werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung bietet noch

einen weiteren Vorteil. Bekanntlich existiert für einen Wechselrichter eine Trittgrenze, bei deren Über-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur 30 schreitung, beispielsweise durch zu hohe Belastung Steuerung oder Regelung des Stromes eines netz- oder durch Absenkung der Wechselspannung, kurzgeführten Mehrphasenwechselrichters mit steuerbaren Schlüsse auftreten. Diese Kurzschlüsse sind bei dem Ventilen. Wechselrichter nach der Erfindung unmöglich, da

Es sind Impulsschaltungen bekannt, die es gestat- dem Wechselrichter von der Gleichstromseite nur ten, eine Gleichspannung in eine Gleichspannung an- 35 Impulsströme zugeführt werden, d. h. Ströme, die derer Größe umzuformen. Solche Impulsschaltungen von sich aus periodisch im Takt der Impulsfrequenz arbeiten mit steuerbaren Halbleiterelementen, welche erlöschen. 'Der Wechselrichter ist also in der Andurch negative Kondensatorströme im Takt der Im- Ordnung nach der Erfindung kein zwischen den Phapulsfrequenz gelöscht werden. Die Impulsfrequenzen, sen kommutierender Wechselrichter, sondern ledigdie mit derartigen Anordnungen erreichbar sind, kön- 40 lieh ein Verteiler der Impulsströme auf die verschienen sehr viel größer sein als die Netzfrequenz von denen Wechselstromphasen. Dies hat zur Folge, daß 50 Hz, wenn als Impulsschalter beispielsweise Steuer- bei der Wechselrichtersteuerung nicht der sonst übbare Halbleiterventile verwendet werden, die infolge liehe Respektabstand eingehalten zu werden braucht, ihrer kleinen Freiwerdezeit Frequenzen bis 5000 Hz Vielmehr können die Zündzeitpunkte genau auf den und darüber zulassen. Diese hohen Frequenzen haben 45 Schnittpunkt der Phasenspannungen eingestellt sein, den Vorteil, daß sie zur späteren Glättung der Impuls- was besonders kleine Oberwellen und kleine Blindströme nur verhältnismäßig geringe Glättungsmittel, leistung zur Folge hat.
wie Drosseln und Kondensatoren, erfordern. An Hand einer Zeichnung wird ein Ausführungs-

Es ist ferner eine Gleichrichteranordnung bekannt, beispiel der Erfindung erläutert.

bei der der Gleichrichter voll und fest ausgesteuert 5° Die erfindungsgemäße Anordnung wird dabei in ist und die Gleichspannung durch eine Impuls- Zusammenarbeit mit einem auf eine Gleichstromschaltung geregelt wird (deutsche Auslegeschrift sammelschiene speisenden Gleichrichter dargestellt, 1 049 962). wobei als Verbraucher an der Gleichstromsammel-

Weiterhin wurde auch bereits eine Schaltungsanord- schiene eine über einen Wechselrichter gespeiste

nung beschrieben, bei welcher in Reihe mit einer 55 Asynchronmaschine mit Schleifringläufer vorgesehen

Gleichstromquelle und einem Gleichstromausgang ist.

eine Drossel und parallel zum Gleichstromausgang An ein Drehstromnetz 1 sind ein Gleichrichter 2 ein im Schaltbetrieb arbeitendes Halbleiterventil ge- und ein Wechselrichter 3 angeschlossen. Der zugeschaltet ist (britische Patentschrift 872 776). hörige Wechselrichtertransformator 13 ist der Über-

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe 60 sichtlichkeit halber in einfacher Sternschaltung darzugrunde, durch den Einsatz eines steuerbaren Halb- gestellt. Der Gleichrichter 2 und der Wechselrichter 3 leiterventils als Impulsschalter eine sich durch ge- sind gleichspannungsseitig über Tastschaltungen mit ringen Aufwand und durch hohe Betriebssicherheit einer Gleichspannungssammelschiene 10 der Spanauszeichnende Anordnung zur Steuerung oder Re- nung U_x verbunden. Die Tastschaltungen bestehen gelung des Stromes eines netzgeführten Mehrphasen- 65 aus löschbaren Halbleiterventilen 4 und 5, Drosseln 6 Wechselrichters mit steuerbaren Ventilen aufzubauen. und 7 und einer Freilaufdiode 8. Damit die Tast-

Diesc Aufgabe wird bei einer Anordnung der ein- schaltung mit dem Halbleiterventil 4 ordnungsgemäß

uanus Benannten Art erfindungseemäß dadurch ee- arbeitet, muß die Gleichspannung U_11n am Ausgang