DE1513518C - Einrichtung zur Zwangskommutierung für einen selbstgeführten Stromrichter zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung eines Drehstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Zwangskommutierung für einen selbstgeführten Stromrichter mit gesteuerten Hauptventilen in Drehstrombrückenschaltung zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung eines Drehstrommotors, dessen Phasen je ein Kommutierungskondensator zugeordnet ist, der in Reihe mit jeweils einem Kommutierungsventil je einem der an dieselbe Motorphase angeschlossenen Hauptventile parallel geschaltet ist.

Es ist eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung einer Drehstrommaschine bekannt (deutsche Zeitschrift »Siemens Zeitschrift«, 39. Jahrgang [1965], S. 254 bis 257), die über einen selbstgeführten Stromrichter mit gesteuerten Hauptventilen in Drehstrombrückenschaltung an eine Gleich-Spannungsquelle mit veränderbarer Spannung angeschlossen ist. Der Stromrichter liefert der Maschine Spannungen veränderbarer Größe, veränderbarer Frequenz und umkehrbarer Phasenfolge. Im allgemeinen wird mit der Spannung im Gleichstromzwischenkreis die Größe der Maschinenspannung, mit der Taktfrequenz des Wechselrichters die Frequenz der Maschine und mit der Reihenfolge der Stromführung der Hauptventile die Drehrichtung bestimmt. Zu diesem Zweck ist der Stromrichter mit einer Kommutierungseinrichtung versehen, die für jede Motorphase einen Kommutierungskondensator enthält, der in Reihe mit jeweils einem gesteuerten Kommutierungsventil je einem der an die gleiche Motorphase angeschlossenen Hauptventile parallel geschaltet ist. Ferner ist jedem der Hauptventile eine Reihenschaltung einer Kommutierungsdrossel mit einem in Sperrichtung des Hauptventils gepolten Blindstromventil parallel geschaltet. Zur Lieferung der Blindleistung für den oder die angeschlossenen Verbraucher dient ein dem Gleichstromeingang parallelgeschalteter Kondensator, der zugleich als Glättungskondensator ausgelegt sein kann. Die Welligkeit der Maschinenspannung wird wesentlich von diesem Kondensator bestimmt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die erwähnten aufwendigen Kommutierungseinrichtungen wesentlich zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Stromrichter ein eingeprägter Strom vorgegeben ist und für jeden Kommutierungskondensator jeweils nur ein einziger, ausschließlich die Phasenwicklung des Motors als Induktivität enthaltender Kommutierungskreis vorgesehen ist.

Hierbei erfolgt die Umladung der Kommutierungskondensatoren beim Kommutierungsvorgang ausschließlich über die Induktivitäten der Maschine, so daß keine Kommutierungsdrosseln mehr nötig sind und auch die Blindstromdioden entfallen. Der Maschine braucht nur noch der Strom vorgegeben zu werden, und infolge des eingeprägten Stromes stellt sich eine annähernd sinusförmige Maschinenspannung etwa proportional der Drehzahl von selbst ein, so daß auch eine bessere Ausnutzung der Maschine erzielt wird. Die erforderliche Blindleistung wird den Kommutierungskondensatoren entnommen, so daß auch der Eingangskondensator hiervon entlastet wird.

Unter Umständen kann die Spannung der Kommutierungskondensatoren die Eingangsspannung des Stromrichters überschreiten, so daß an den Thyristoren gefährliche Überspannungen entstehen können. Die Verhinderung solcher Überspannungen durch die üblichen Beschaltungselemente mit kapazitiven Speichergliedern kann unwirtschaftlich sein. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind daher die Gleichstrom-Eingangsklemmen des Stromrichters durch ein in Sperrichtung des Gleichstromes gepoltes Überbrückungsventil miteinander verbunden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel mit der erfindungsgemäßen Kommutierungseinrichtung und

F i g. 2 Diagramme zur Veranschaulichung des Verlaufs von Strom und Spannung während der Kommutierung.

Nach F i g. 1 ist ein Drehstrommotor 2, der sowohl ein Drehstromasynchron- als auch ein Drehstromsynchronmotor sein kann, über einen selbstgeführten Stromrichter 3 mit gesteuerten Hauptventilen 4 bis 9 in Drehstrombrückenschaltung an einem Gleichrichter 22 mit veränderbarer Ausgangsspannung angeschlossen, der aus einem Drehstromnetz mit den Phasen R, S und T gespeist wird. Den Phasen des Drehstrommotors 2 ist jeweils ein Kommutierungskondensator 10 bzw. 11 bzw. 12 zugeordnet. Der Kommutierungskondensator 10 ist in Reihe mit einem gesteuerten Kommutierungsventil 13 dem Hauptventil 4 und in Reihe mit einem gesteuerten Kommutierungsventil 16 dem Hauptventil 7 parallel geschaltet. In entsprechender Weise sind die Kondensatoren 11 und 12 jeweils in Reihe mit einem gesteuerten Kommutierungsventil 14, 15 und 17, 18 einem der übrigen Hauptventile des Stromrichters 3 parallel geschaltet. Die gesteuerten Hauptventile 4 bis 9 sowie die Kommutierungsventile 13 bis 18 können vorzugsweise Thyristoren sein.

Zur Erzeugung und besseren Konstanthaltung des eingeprägten Gleichstromes /₀ kann der Gleichrichter 22 vorzugsweise mit einer Zwangskommutierung versehen sein, welcher die Einstellung eines erforderlichen Stromwertes für den eingeprägten Eingangsstrom /₀ durch beliebige Änderung sowohl der Zündais auch der Löschzeitpunkte der Ventile des Gleichrichters nahezu unabhängig von den Nulldurchgängen der Spannung des Wechsel- oder Drehstromnetzes ermöglicht. Im dargestellten Beispiel ist ein Gleichrichter 22 beispielsweise in halbgesteuerter Brückenschaltung mit löschbaren Ventilen 23 bis 25 in einer Brückenhälfte und ungesteuerten Ventilen 26 bis 28 in der anderen Brückenhälfte vorgesehen. Am Ausgang des Gleichrichters 22 kann zweckmäßig eine Glättungseinrichtung mit einem Kondensator 29 und Glättungsdrosseln 30 und 31 angeordnet sein. Der Kondensator 29 und die Drossel 30 dienen zur Verminderung des Oberwellengehaltes des Stromes am Ausgang des Gleichrichters 22. Die Drossel 31 liefert in Verbindung mit der Drossel 30 den eingeprägten Strom /₀ für den Stromrichter 3.

Nach F i g. 2 a wird dem Eingang des Stromrichters 3 ein eingeprägter Gleichstrom /₀ mit geringer Welligkeit vorgegeben. Zur Zeit t₀ sollen die Hauptventile 4 und 9 und die Phasen U und W des Motors 2 stromführend sein. Am Kommutierungsventil 16 liegt negative Sperrspannung, die sich aus der Differenz der Spannung U_K der Kondensatoren und der Spannung zwischen den Punkten A und C im Gleichstromkreis zusammensetzt. Wird zur Zeit f, das Kommutierungsventil 13 gezündet, so entlädt

sich der Kommutierungskondensator 10, dessen dem Hauptventil 4 zugewandte Seite positive Ladung hat, über das Hauptventil 4 und das Kommutierungsventil 13. Dabei kommutiert der eingeprägte Strom /₀ vom Hauptventil 4 auf das Kommutierungsventil 13 und fließt vom Punkte über das Kommutierungsventil 13, den Kondensator 10, die Phasen U und W zum Hauptventil 9 und dem Gleichstromanschluß C. Es sei angenommen, daß der Betrag der Kondensatorspannung U_K höher ist als die Spannung im Gleichstromzwischenkreis. Dann bedingt diese Spannungsdifferenz einen Anstieg des Stromes Z₁₃ nach F i g. 2 d über den Betrag des Stromes Z₀ hinaus. Das Überbrückungsventil 20 übernimmt nun den über den Betrag von Z₀ hinausgehenden Stromanteil Z₂₀ nach F i g. 2 f und verhindert so eine Vorzeichenänderung der Spannung im Gleichstromzwischenkreis und eine Überspannung am Kommutierungsventil 7, da ohne die Wirkung des Uberbrückungsventils 20 am Kommutierungsventil 7 nicht mehr die Differenz der Kondensatorspannung und der Gleichspannung, sondern die Summe dieser Spannungen anliegen würde. Die Stromführungsdauer des Ventils 20 ist abhängig von der Größe der Kondensatorspannung und der Dämpfung im Kommutierungskreis, welche durch die Kreisdaten und durch die Drehmomentbildung des angeschlossenen Motors gegeben sind.

Bis zum Nulldurchgang der Kondensatorspannung U_K liegt am Hauptventil 4 negative Sperrspannung, welche den Strom im Ventil 4 bis zur Zeit t₂ zum Erlöschen bringt. Nach dem Nulldurchgang der Kondensatorspannung U_K wird der Kondensator 10 in Verbindung mit der Erfindung durch die Induktivität des angeschlossenen Motors 2 mit umgekehrtem Vorzeichen wieder aufgeladen. Die Aufladung erfolgt stromabhängig über den eingeprägten Strom, wobei die Streuinduktivität des kommutierten Wicklungsstranges stromtreibend wirkt und hierdurch die magnetische Energie teilweise in den Kondensator 10 überträgt. Zur Zeit i₄ wird das Ventil 5 gezündet und übernimmt zur Zeit t_s den vollen Strom vom Kommutierungsventil 13.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Zwangskommutierung für einen selbstgeführten Stromrichter mit gesteuerten Hauptventilen in Drehstrombrückenschaltung zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung eines Drehstrommotors, dessen Phasen je ein Kommutierungskondensator zugeordnet ist, der in Reihe mit jeweils einem Kommutierungsventil je einem der an dieselbe Motorphase angeschlossenen Hauptventile parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromrichter (3) ein eingeprägter Strom (Z₀) vorgegeben ist und für jeden Kommutierungskondensator (10,11,12) jeweils nur ein einziger, ausschließlich die Phasenwicklung des Motors als Induktivität enthaltender Kommutierungskreis vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstrom-Eingangsklemmen des Stromrichters (3) durch ein in Sperrichtung des Gleichstromes gepoltes Überbrückungsventil (20) miteinander verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen