DE2059468A1 - Circuit arrangement for medium-frequency energy supply of inductive loads - Google Patents

Description

DORNIER AG
FriedrichshafenDORNIER AG
Friedrichshafen

Heg. 2285Heg. 2285

Schaltungsanordnung zur Mittelfrequenz· Energie-Versorgung von induktiven Verbrauchern Circuit arrangement for medium frequency · Energy supply of inductive loads

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Mittelfrequenz-Energie-Versorgung von induktiven Verbrauchern, insbesondere von Hysteresemotoren, Mittels eines lastgesteuerten Wechselrichters, der von eine« Gleichspannungsnetz versorgt wird. Es ist bekannt, den Hysteresemotoren zur Kompensation Kondensatoren entweder in Reihe oder parallel zur Ständerwicklung zuzuschalten, so daß der Wechselrichter lastgeführt betrieben werden kann. Eine solche Anordnung wird als Schwingkreiswechselrichter bezeichnet. Unter der Bezeichnung "lastgeführt" soll hier verstanden werden, daβ die für den Wechselrichterbetrieb erforderliche Blindleistung von der angeschalteten Last zur Verfügung gestellt wird.The invention relates to a device for medium-frequency energy supply of inductive consumers, in particular of hysteresis motors, by means of a load-controlled inverter, which is supplied by a «DC voltage network will. It is known to use the hysteresis motors for compensation To connect capacitors either in series or in parallel to the stator winding, so that the inverter is operated under load control can be. Such an arrangement is referred to as a resonant circuit inverter. Under the designation "load-guided" should be understood here that the for the inverter operation required reactive power is made available by the connected load.

Die bislang bekannten und vorgeschlagenen Einrichtungen zur Mittelfrequenz-Energie-Versorgung von Hysteresemotorη bestehen aus eine« fremdgesteuerten Wechselrichter, d. h. dieThe previously known and proposed devices for medium-frequency energy supply of Hysteresemotorη exist from an “externally controlled inverter, d. H. the

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Arbeitsfrequenz des Wechselrichters wird von einer besonderen Einrichtung vorgeschrieben. Hierzu kann ein externer Frequenzgenerator, z. B. ein Quarzgenerator vorgesehen werden. BeIa Betrieb ist auBerdem eine Stabilisierung der durch den Hysteresemotor verursachten System-Pendelungen erforderlich. Sie kann durch einen Eingriff in den Energiekreis durchgeführt «erden. Da für die Bereitstellung der Versorgungsgleichspannung Üblicherweise Gleichrichter eingesetzt werden, die aus dem Wechselstrom- bzw. Drehstromnetz gespeist werden, sind zur oben genannten Stabilisierung der Hysteresemotoren Steuereingriffe in den Gleichrichter erforderlich. Diese Mainahme hat aber eine Erhöhung des Oberwellengehaltes des speisenden Netzes zur Folge. Zusätzlich ergeben sich beim Anfahren des Wechselrichters mit passiver Last die bekannten Anfahrprobleme. Dazu kommt bei einem fremdgesteuerten Wechselrichter mit aktiver Last, z. B. Hysteresemotoren, als weiteres Problem die Notwendigkeit, den Wechselrichter mit der Last synchronisieren zu müssen, um das störungsfreie Zuschalten der Last zu gewährleisten. Working frequency of the inverter is of a particular one Establishment required. For this purpose, an external frequency generator, e.g. B. a quartz generator can be provided. At a Operation is also a stabilization of the by the hysteresis motor caused system oscillations are required. It can be carried out by intervening in the energy circuit "earth. Since rectifiers are usually used to provide the DC supply voltage, which are derived from the AC or three-phase network are fed, control interventions are to stabilize the hysteresis motors mentioned above required in the rectifier. However, this main assumption has an increase in the harmonic content of the feeding Network. In addition, when starting up the inverter with a passive load, there are known start-up problems. In addition, an externally controlled inverter with an active load, e.g. B. hysteresis motors, the other problem Necessity to have to synchronize the inverter with the load in order to guarantee the trouble-free connection of the load.

Da meist an einen Wechselrichter eine ganze Anzahl von Motoren angeschlossen ist, ergibt sich bei der Verwendung eines fremdgesteuerten SchwlngkreiswechoeIrichters durch das Abschalten einzelner Motoren eine Verstimmung des zum Wechselrichter gehörenden und aus Kapazität und MotorinduktivitätSince a large number of motors are usually connected to an inverter, this results in their use of an externally controlled oscillation circuit inverter through the Switching off individual motors causes the inverter to be detuned belonging and from capacitance and motor inductance

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gebildeten Schwingkreises. Es let daher erforderlich, in entsprechenden Made steuerbare Blindleistung zur Verfügung su haben, u« ausreichende Freiwerdezeit für die Thyristoren des Wechselrichters zu gewährleisten, bzw. u« den Klirrfaktor des Ausgangestroaes Möglichst gering zu halten.formed oscillating circuit. Let it therefore be necessary in appropriate Made controllable reactive power available so that there is sufficient free time for the thyristors of the Inverter, or u «the distortion factor of the Exit routes to be kept as low as possible.

Es sind lastgeführte und lastgesteuerte Wechselrichter, d. h. Wechselrichter die ihre erforderliche Blindleistung von der angeschlossenen Last zur Verfügung gestellt erhalten und denen auch die Arbeitsfrequenz von der Last vorgeschrieben wird, an sich bekannt. Wegen der störenden Verquickung zwischen Blindleistung und Frequenz sind aber derartige Wechselrichter in der Praxis nicht eingesetzt worden. Dieser Nachteil (Verquickung von Blindleistung und Frequenz) ist besonders störend, wenn an den Wechselrichter Motoren angeschaltet werden sollen, die eine hohe Frequenzgenauigkeit erfordern. Bei Verwendung eines lastgesteuerten und lastgeftthrten Schwingkreis wechselrichtern ergibt sich durch das Abschalten von einzelnen Motoren auch eine Änderung der Lastiapedanz und daait verbunden eine Änderung der Betriebsfrequenz. Dies au β als wesentlicher Mangel angesehen werden.There are load-controlled and load-controlled inverters, d. H. Inverters that receive their required reactive power from the connected load and which also the working frequency is prescribed by the load, known per se. Because of the annoying amalgamation between However, such inverters have not been used in practice for reactive power and frequency. This disadvantage (Amalgamation of reactive power and frequency) is particularly disruptive when motors are connected to the inverter that require high frequency accuracy. When using a load-controlled and load-controlled oscillating circuit inverters results from switching off individual Motors also have a change in the Lastiapedanz and daait connected a change in the operating frequency. This can also be viewed as a major deficiency.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei Möglichst einfachem Aufbau eine Mittelfrequenz-Energie-Versorgung für induktive Verbraucher mittels eines von eine« Gleichspannungsnetz gespeisten Wechselrichters zu schaffen, wobei dieThe invention is therefore based on the object of providing a medium-frequency energy supply with the simplest possible structure to create for inductive consumers by means of an inverter fed by a «DC voltage network, whereby the

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Anordnung ein· höh« Frequenzkonetanz aufweisen und auüerdem auch noch die Anfahr- und Synchronisierproblese losen soll. Das Ziel wird erfindungsgemäB dadurch erreicht, daß der Wechselrichter in an sich bekannter Weise lastgeftthrt und lastgesteuert ausgebildet, Jedoch zusätzlich den Verbrauchern eine steuerbare Impedanz parallel geschaltet ist, wobei der Wert der Impedanz in Abhängigkeit von der la Verbraucherkreis festgestellten Frequenzänderung beeinflüftbar ist. Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht also darin, die bein lastgeführten und lastgesteuerten Wechselrichter sonst störende Verquickung zwischen Blindleistung und Frequenz über eine der Last parallelgeschaltete steuerbare Impedanz auszuregeln. Für die Ausbildung dieser Impedanz ergeben eich verschiedene Möglichkeiten. Es sind z. B. sohaltbare oder verstellbare Kondensatoren, Stelldrosseln oder über Drehtransformatoren angeschlossene Kondensatoren verwendbar. Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ergibt sich durch die Verwendung eines Blindetromrichters als steuerbare Impedanz. Die Vorteile der Erfindung lassen sich alt gutem Erfolg sofort bei der Speisung passiver induktiver Verbraucher, z. B. bei Induktiven Erwärmungseinrichtungen nutzen. Hierbei wird der Wechselrichter fremd angefahren und die Synchronlsierungsprobleme entfallen naturgemäß von eelbst.Arrangement have a "high" frequency constancy and moreover should also solve the start-up and synchronization problems. The aim is achieved according to the invention in that the inverter load guided and load controlled in a manner known per se However, a controllable impedance is also connected in parallel to the consumers, with the value the impedance determined as a function of the la consumer circuit Frequency change can be influenced. The essential one The idea of the invention consists in the leg load-guided and load-controlled inverters otherwise disruptive amalgamation between reactive power and frequency via one connected in parallel to the load to regulate controllable impedance. For training this impedance gives various possibilities. It are z. B. adjustable or adjustable capacitors, regulating throttles or capacitors connected via rotary transformers usable. A particularly advantageous embodiment of the invention results from the use of a blind electric converter as controllable impedance. The advantages of the invention can be seen from good old success immediately when feeding passive inductive consumer, e.g. B. with inductive heating devices to use. In this case, the inverter is started up externally and the synchronization problems naturally do not occur self.

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Für den schwierigeren Fall, daft eine aktive Last, z. B. die erwähnten Hysteresemotoren vorgesehen sind, wird gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung die steuerbare Impedanz nicht nur durch die im Verbraucherkreis festgestellten Frequenzänderungen sondern auch noch durch die von den Verbrauchern verursachten Rückwirkungen auf eine Systemkenngröfte, z. B. Wirkleistungsschwankungen, beeinflußt. Dadurch erhält man auch für den Fall der aktiven Last eine hohe Frequenzkonetanz und vermeldet Anfahr- und Synchronisierprobleme. Eine Stabilisierung über den vorgeschaltenen Gleichrichter ist nicht mehr erforderlich, so daft vorzugsweise einfache ungesteuerte Gleichrichter eingesetzt werden können. Der Oberwellengehalt des speisenden Netzes wird daduroh reduziert. Für den speziellen Fall, daß als steuerbare Impedanz ein an sich bekannter Blindetromrichter eingesetzt wird, ergibt sich noch der wesentliche Vorteil, daft die erforderlichen Regeleingriffe auf niedrigem Energieniveau, z. B. durch Veränderung des Zündverzögerung»winkela des Blindstromrichters, durchgeführt werden. Dadurch, daß die Stabilisierung der durch den Hysteresemotor hervorgerufenen Pendelungen mit ihren Rückwirkungen auf eine Systemkenngröße, z. B. die Schwankungen der GesamtWirkleistung, und die Einstellung der genauen Arbeltsfrequenz durch ein gemeinsames Gerät erreichbar ist, wird die Steuerung und Regelung der Mittelfrequenz-Energie-Vereorgung sehr einfach.In the more difficult case, there is an active load, e.g. B. the mentioned hysteresis motors are provided, according to further Formation of the invention the controllable impedance not only through the frequency changes determined in the consumer circuit but also due to the repercussions caused by the consumers on a system parameter, e.g. B. Active power fluctuations, influenced. In this way, a high frequency constant is obtained and reported in the event of an active load Start-up and synchronization problems. Stabilization via the upstream rectifier is no longer necessary, so that simple uncontrolled rectifiers can preferably be used. The harmonic content of the feeding Network is then reduced. For the special case that a known blind electric converter is used as the controllable impedance there is still the essential advantage that the necessary control interventions at a low energy level, z. B. by changing the ignition delay »anglea of the reactive power converter, be performed. Because the stabilization of the oscillations caused by the hysteresis motor with their repercussions on a system parameter, e.g. B. the fluctuations the total active power, and the setting of the exact Working frequency can be reached by a shared device, is the control and regulation of the medium-frequency energy supply very easy.

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Di· Erfindung wird nachstehend anhand eines vereinfachten Blockschaltbildes erläutert:The invention is simplified below with the aid of a Block diagram explained:

Als Ausftthrungsbeisplel ist die Mittelfrequenz-Energie-Versorgung für Hyeteresemotoren, d. h. für eine aktive induktive Last gewählt.The medium-frequency energy supply is an example of execution for Hyeteresemotoren, d. H. for an active inductive Load chosen.

Der EnergiefIuβ erfolgt dabei vom 50 Hs-Drehstroanets über einen ungesteuerten Gleichrichter 1 und den Wechselrichter 2 zu der Gruppe von Hysteresemotoren M. Den Motoren ist zur Kompensation ihrer Induktivität eine Kapasität 11 zugeschaltet. Dabei ist hier die Anordnung so gewählt, daft ein Teil der sur Kompensation vorgesehenen Kapasität nicht unmittelbar parallel zur Motorwicklung, sondern zentral am Wechselrichter, aber ebenfalls parallel zum Verbraucher angordnet ist. Diese Tei!kompensation ist mit 4 bezeichnet. Als steuerbare Impedanz 1st ein Blindstromrichter 3 vorgesehen und ebenfalls parallel zur Last geschaltet.The energy flow occurs from the 50 Hs rotating currents via an uncontrolled rectifier 1 and the inverter 2 to the group of hysteresis motors M. The motors is a capacitor 11 is connected to compensate for its inductance. Here, the arrangement is chosen so that part of the capacity provided for compensation is not directly parallel to the motor winding, but centrally on the inverter, but is also arranged parallel to the consumer. This partial compensation is denoted by 4. As a controllable Impedance a reactive converter 3 is provided and also connected in parallel to the load.

Der Wechselrichter 2 wird Über sein zugehörendes Steuergerät 5 in bekannter Weise lastgesteuert und mit konstantem Zttndverfrühungswinkel β betrieben. Dabei kann ft so gewählt werden, daß stets genügend Freiwerdezeit sur Verfügung steht, und daft keine teuren Thyristoren mit speziell kurzer Freiwerdezeit eingesetzt werden müssen. Bei β - 30° ergibt sich daraus ein extrem einfaches Gittersteuergerät, da die Impulse direkt von den Nulldurchgängen der Ftthrungsspannung abgeleitet werdenThe inverter 2 is via its associated control unit 5 load-controlled in a known manner and with a constant Firing advance angle β operated. Ft can be chosen so that that there is always enough free time available, and no expensive thyristors with a particularly short free time must be used. At β - 30 ° the result is an extremely simple grid control device, as the pulses are sent directly from can be derived from the zero crossings of the line voltage

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können. Der parallel zur Last liegend· Blindstromrichter 3 wird In entsprechender Welse auch vom Motorspannungenetz, d. h. von der Last, über ein zugehöriges Steuergerät 6 gesteuert, auch er 1st also lastgeführt und lastgesteuert.can. The reactive power converter 3, which is parallel to the load, is correspondingly also powered by the motor voltage network, i.e. H. controlled by the load via an associated control device 6, so it is also load-controlled and load-controlled.

Über ein Frequenz««Bglled 7 wird die Frequenz f des Motorspannungsnetzee, also die im Verbraucherkreis auftretende Frequenz erfaßt. Von hler aus wird Über einen Regler 8 das Steuergerät 6 des Blindstromrichters 3 so ausgesteuert, daß Frequenzänderungen, die durch Abschaltung von Motoren M oder Änderung der Motorbelastung hervorgerufen werden, Über die BllndleistungsaufnahM des Blindstromrichters 3 ausregelbar sind. Diesem Regelkreis überlagert 1st die Stabilisierung der von den Hysteresesotoren hervorgerufenen System-Pendelungen. Die Pendelungen verursachen Rückwirkungen auf andere SystemkenngröHen. Zur Durchführung der Stabilisierung wird eine der betroffenen Systemkenngröüen, hier z. B. die aufgenommene Wirkleistung P_w, Über ein Meßglied 9 erfaßt und Über einen Regler 10 wiederum dem Regler 8 als Sollwert des unterlagerten Regelkreises vorgegeben. Solcher Art kann eine praktisch beliebige, z. B. auch aperiodische Dämpfung von Schwingungen der vom Wechselrichter gespeisten Motor-Kondensator-Kombinationen erzielt werden.The frequency f of the motor voltage network, that is to say the frequency occurring in the consumer circuit, is recorded via a frequency "Bglled 7". From here, the control unit 6 of the reactive converter 3 is controlled via a controller 8 so that frequency changes caused by switching off motors M or changing the motor load can be regulated via the reactive power consumption of the reactive converter 3. The stabilization of the system oscillations caused by the hysteresis motors is superimposed on this control loop. The oscillations cause repercussions on other system parameters. To carry out the stabilization, one of the system parameters concerned, here z. B. the absorbed active power P _w , detected via a measuring element 9 and again given to the controller 8 via a controller 10 as the setpoint value of the subordinate control circuit. Such a type can be practically any, e.g. B. aperiodic damping of vibrations of the inverter fed motor-capacitor combinations can be achieved.

Die Verwendung von Blindstromrichtern 1st an sich bekannt . Sie stößt jedoch auf beträchtliche Schwierigkeiten, da im allgemeinen Blindstromrichter fUr kapazitiven BlindstromThe use of reactive power converters is known per se. However, it encounters considerable difficulty in that Generally reactive power converters for capacitive reactive current

gefordert werden und diese wegen der erforderlichen Zwangskommutierung teuer und daher nicht konkurrenzfähig gegenüber den einfacheren Kondensatoranlagen sind. Bei der Erfindung wird durch Zuschalten von zusätzlichen Kondensatoren parallel zu der Konpensation des induktiven Verbrauchers erreicht, daß als zusätzliche Blindlast nur induktive Blindleistung erfordert wird, die mit Hilfe eines Blindstromrichters von einfacher und billiger Bauart zur Verfugung gestellt werden kann. Der Blindstromrichter hat hler gegenüber geschalteten Kondensatoren und Stelldrosseln überdies den Vorteil, daß er auf Grund seiner günstigen dynamischen Eigenschaften als Stellglied für die Frequenzregelung verwendet werden kann, denn mit ihm läßt sich eine sehr schnelle und stetige Frequenzregelung erreichen. Für einzeln kompensierte Hysteresemotoren ergibt sich der Vorteil, daß die steuerbare Impedanz als Wirkstromrichter ausgebildet sein kann.are required and because of the necessary forced commutation expensive and therefore not competitive the simpler condenser systems are. In the invention, additional capacitors are connected in parallel to the compensation of the inductive consumer achieved that only inductive reactive power is required as an additional reactive load which can be made available with the help of a reactive power converter of simple and inexpensive design. Of the Reactive power converter has the advantage over switched capacitors and regulating chokes that it is based on its favorable dynamic properties can be used as an actuator for frequency control, because with it lets A very fast and constant frequency control can be achieved. For individually compensated hysteresis motors there is the advantage that that the controllable impedance can be designed as an active converter.

24. November 1970
ET 10/Bau/knNovember 24, 1970
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Claims (1)

Beg. 2285 ftBeg. 2285 ft Patentanspruch·Claim 1.JSchaItungsanordnung xur Mittelfrequenz-Inergie-Versorgung von induktiven Verbrauchern mittels eines Wechselrichters, der von eine· Gleichspannungsnetz gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daα der Wechselrichter (2) in an sich bekannter Weise lastgeführt und lastgesteuert ausgebildet und zusätzlich den Verbraucher (M) eine steuerbare Impedanz (3) parallel geschaltet ist, wobei der Wert der Impedanz in Abhängigkeit von der im Verbraucherkreis festgestellten Frequenzänderungen (Meßglied 7) beeinflußbar ist.1. Circuit arrangement for medium-frequency inergy supply of inductive loads by means of an inverter, which is fed by a · DC voltage network, thereby characterized in that the inverter (2) is known per se Way load-guided and load-controlled and in addition the consumer (M) a controllable impedance (3) is connected in parallel, the value of the impedance depending on that determined in the consumer circuit Frequency changes (measuring element 7) can be influenced. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung verstellbarer Kondensatoren als steuerbare Impedanz.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized by the use of adjustable capacitors as controllable impedance. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Impedanz als Blindstromrichter (3) ausgebildet ist.3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the controllable impedance is designed as a reactive power converter (3) is. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 für Hystereeemotoren als induktive Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß die4. Circuit arrangement according to claim 1 for hysteresis motors as inductive loads, characterized in that the 20987Λ/043020987Λ / 0430 steuerbare Impedanz (3) durch die von den Hysteresemotoren (M) verursachten Rückwirkungen auf eine Systemkenngröfte, z. B. Schwankungen der Wirkleistung (Ρ_γ)> beeinflüftbar ist.controllable impedance (3) caused by the hysteresis motors (M) repercussions on a system parameter, e.g. B. Fluctuations in active power (Ρ _γ )> can be influenced. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 für einzeln kompensiert· Hysteresemotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbar« Impedanz (3) als Wirkleistungestromrichter ausgebildet 1st.5. Circuit arrangement according to claim 4 for individually compensated Hysteresis motors, characterized in that the controllable « Impedance (3) designed as an active power converter 1st. 24. November 1970
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