DE2365111C3

DE2365111C3 - Verfahren zum Hochfahren von Wechsel- bzw. Drehstrommaschinen

Info

Publication number: DE2365111C3
Application number: DE19732365111
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl.-Ing. 1000 Berlin Nestler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1973-12-21
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1983-11-17
Also published as: DE2365111A1; DE2365111B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Hochfahren von Wechsel- bzw. Drehstrommaschinen mit einem Schwingkreisumrichter. Ein solcher ist bekannt durch die US-PS 37 57 197.

Schwingkreisumrichter werden neben der Mittelfrequenzversorguiig bei der induktiven Erwärmung zur Speisung von schnellaufenden Wechsel- und Drehstrommaschinen, insbesondere von Hysteresemotoren, die Zentrifugen antreiben, angewendet

Die Gründe für den Einsatz von Schwingkreisumrichtern zur Speisung von Drehstrommaschinen sind einmal der hohe Blindleistungsbedarf der Motoren, der zweckmäßig durch Kondensatoren zu decken ist, und zum anderen die hohe geforderte Betriebsfrequenz des Umrichters. Die Motoren können entweder parallel- oder reihenkompensiert werden. Im Hinblick auf einen geringen Oberschwingungsgehalt des Motorstromes bzw. der Spannung wird im allgemeinen die Parallelkompensation bevorzugt. Ein lastgesteuerter Schwingungskreisumrichter zur Speisung von kompensierten Mittelfrequenzmotoren ist in der Zeitschrift ETZ-A 93 (1972), Heft 1, Seiten 8-15 beschrieben, bei dem die wirksame Kompensationskapazität über einen Drehtransformator verändert werden kann.
■ Da Schwingkreisumrichter mit fester Kompensation nur in einem relativ kleinen Frequenzbereich wirtschaftlich zu betreiben sind, ist das Hochfahren der Motoren mit Hilfe eines derartigen Umrichters nicht ohne weiteres möglich; denn bei fester Kompensation ändert sich der Löschwinkel der Wechselrichterventile mit der Betriebsfrequenz, und zwar nimmt er mit steigender Frequenz zu. Bei zu großem Löschwinkel wird der Schwingkreisumrichter mit hohem Blindstrom belastet, während bei zu kleinem Löschwinkel die Kommutierung der Wechselrichterventile gefährdet ist, denn der Löschwinkel darf die Freiwerdezeit der verwendeten Ventile nicht unterschreiten.

Zum Hochfahren einer größeren Zahl von Motoren, die von einem Umrichter versorgt werden, benutzt man daher zusätzlich kleinere Umrichter, zwangskommutierte oder Transistorumrichter, die in der Lage sind,

Spannung und Frequenz der Drehfeldmaschinen dem Hochlauf anzupassen, so daß ein zulässiger Schlurf nicht überschritten wird. Die Motoren werden dabei gruppenweise nacheinander hochgeschleppt und daran anschließend dem mit konstanter Frequenz und konstanter Kompensationskapazität arbeitenden Schwingkreisumrichter zugeschaltet

Der Nachteil dieses Verfahrens ist den, daß zum Hochfahren der Motoren einer Anlage eine läng«_re Zeit benötigt wird, da die Motoren nacheinander hochgefahren werden und daß außerdem separate Umrichter erforderlich sind, die nur für den Hochfahrvorgang benötigt werden. Es ist darüber hinaus ein besonderes Verteilungsnetz zu installieren, damit die Motoren euerseits zum Hochfahren an den Hochfahrumrichter und andererseits zum Betrieb an den Schwingkreisumrichter angeschlossen werden können.

Grundsätzlich könnte man die Kompensaticnskapazität zur Einhaltung des Löschwinkels der jeweiligen Taktfrequenz des Schwingkreiswechselrichters anpassen. Hierzu wäre eine umschaltbare Kondensatorbatterie erforderten, die für die niedrigen Taktfrequenzen hohe Kapazitätswerte haben müßte. Da die Motorspannung proportional mit der Frequenz vorgegeben werden muß, würde der Umrichter bei niedrigen Drehzahlen mit kleinen Spannungen fahren und damit dem speisenden Neu hohe Blindleistung entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, alle von einem Schwingkreisumrichter gespeisten Wechsel- bzw. Drehstrommaschinen gleichzeitig hoch zu fahren, ohne dem speisenden Netz hohe Blindleistung zu entnehmen.

Diese Aufgabe wird beim eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei konstanter Kompensationskapazität ein gleichbleibendes Verhältnis von Taktfrequenz fr des Schwingkreiswechselrichters und der Resonanzfrequenz /0 des wirksamen Schwingkreises erreicht wird, durch eine Anpassung der wirksamen Induktivität des Lastkreises über einen zwischen dem Schwingl'reisumrichter und der konstanten Kompensationskapazität einerseits und den hochzufahrenden Drehfeldmaschinen andererseits angeordneten Transformator.

Dabei wird in weiterer Gestaltung der Erfindung die Taktfrequenz in Stufen vorgegeben und das Übersetzungsverhältnis des Transformators stufenweise geändert

Die Erfindung erklärt sich folgendermaßen:

Will man einen konstanten Löschwinkel des Schwingkreiswechselrichters beibehalten, muß die Abstimmung des Schwingkreises bei der sich verändernden Taktfrequenz des Schwingkreiswechselrichters erhalten bleiben, d. h. das Verhältnis der Taktfrequenz h des Schwingkreiswechselrichters zur Resonanzfrequenz /₀ des wirksamen Schwingkreises muß konstant bleiben. Beim Hochfahren des Schwingkreisumrichters wird aber nun die Taktfrequenz /7- gesteigert; folglich muß auch die Resonanzfrequenz /Ό in gleichem Maße verändert werden. Letztere ist bestimmt durch folgenden Zusammenhang:

/0 =

Darin bedeuten:

C = die Kompensationskapazität des Schwingkreises
L — die wirksame Induktivität des Lastkreises

*§ Läßt man die Kompensationskapazität Ckonstant, ist If eine Anpassung der Resonanzfrequenz f₀ an die ijp Taktfrequenz f_T nur durch eine Veränderung der |8 wirksamen Größe der Schwingkreisinduktivität mög-%' lieh. Dies wird dadurch erreicht, daß die an sich rl konstante Lastinduktivität durch ein veränderliches f Obersetzungsverhältnis eines Transformators verän- ;:ί dert wird.

»ί Vorteilhäfterweise kann dann, da eine Spannungsan- ii passung im Lastkreis an die Taktfrequenz gegeben ist, fö d. h. die Wechsel- bzw. Drehstrommaschinen immer mit i§ konstantem Fluß betrieben werden, der SchwingkreissS . umrichter mit seiner Nennspannung arbeiten. Er stellt ■:; dann für das speisende Netz eine geringe Blindstromf* belastung dar.
; - Anhand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert
> Der Schwingkreisumrichter besteht aus einem von K einem Netz gespeisten Gleichrichter 1, einer Glättungsdrossel 2 und einem Schwingkreiswechselrichter 5. Es ist weiterhin eine Anschwingvorrichtung für den Schwingkreiswechseirichter dargestellt, die aus einer Hi'fsbrükke 3 und zwei Hilfskapazitäten 4 besteht Der Ausgang des Schwingkreiswechselrichters 5 speist über einen Transformator 8 und einen Stufenschalter 9 die die Last darstellenden Wechsel- bzw. Drehstrommotoren, beispielsweise Hysteresemotoren 11. Werden mehrere Maschinen gleichzeitig gespeist, so ist zweckmäßigerweise ein Sammelschienensystem 10 vorzusehen.

In dem dargestellten Beispiel ist der Transformator als Spartransformator ausgeführt, der einzelne Anzapfungen besitzt, die über Schütze geschaltet werden. Die Ausführung des Transformators und die Mittel zum Schalten der einzelnen Stufen sind jedoch im Rahmen der Erfindung nicht an das dargestellte Beispiel gebunden, sondern es können z. B. auch elektronische Schaltelemente zum Einsatz kommen. Der Transformator hat ebenso viele Anzapfungen, wie Frequenzstufen erforderlich sind. Die Zahl der Frequenzstufen, mit denen die Motoren hochgefahren werden sollen, richtet sich nach ihrem zulässigen Schlupf. Die Übersetzung des Transformators kann somit über die Anzapfungen in Stufen verändert werden.

Zwischen dem Transformator 8 und dem Ausgang des Schwingkreiswechselrichters 5 ist die Kompensationskapazität 7 angeschlossen.

Eine Hochfahrautomatik 17 gibt in Zeitabschnitten die Taktfrequenz des Schwingkreiswechselrichters 5 und außerdem die entsprechende Übersetzung des Transformators 8 vor, indem die Transformatoranzapfung über den dazugehörigen Schalter an die Klemmen des Lastsystems gelegt wird. Die Motoren erhalten eine Spannung, die der Taktfrequenz proportional ist, während der Schwingkreisumrichter seine Nennspannung abgibt. Die Motoren werden in einer Zeitstufe mit konstanter Frequenz gespeist Sie lauf en also asynchron und beschleunigen so lange mit ihrem asynchronen Drehmoment, bis sie die konstante Drehzahl erreicht haben. Nachdem die Motoren den Synchronismus oder die konstante Drehzahl erreicht haben, kann die Hochfahrautomatik 17 auf die nächsthöhere Taktfrequenz des Schwingkreiswechselrichters umschalten.

Wie in der Zeichnung erkennbar, ist eine Drehzahlerfassung 18 vorgesehen, deren Informationswert an die

ίο Hochfahrautomatik 17 gegeben wird. Die Umschaltung von einer Frequenzstufe des Schwingkreiswechselrichters 5 auf die nächsthöhere kann in der Weise geschehen, daß der Umrichter kurzzeitig ausgeschaltet wird, also keine Leistung überträgt Dazu greift die Hochfahrautomatik in den Spannungsregler 12 eines Regelkreises ein, der von der mit Spannungswandlern 6 gemessenen und gleichgerichteten Istspannung £4, des Wechselrichterausganges ausgeht undi nach einem Vergleich mit einer vorgegebenen Sollspannung Usoit über eine Steuerstufe 13 die Ventile des Gleichrichters 1 des Schwingkreisumrichters steuert

Die Hochfahrautomatik 17 gibt zum einen die ■nächsthöhere Frequenzstufe vor. Dies erfolgt durch Eingriffe in eine von einem Frequenzgenerator 14 gesteuerte Untersetzerstufe 15, deren Ausgänge über einen Impulsverstärker 16 die einzelnen Ventile des Schwingkreisumrichters 5 steuern. Für den Anschwingvorgang erfolgt gleichzeitig die Steuerung der Ventile der Hilfsbrücke 3.

Zum anderen gibt die Hochfahrautomatik 17 die nächste Stufe des Transformators 8 vor, und es erfolgt damit eine Veränderung seines Übersetzungsverhältnisses.
Nach Vorgabe einer neuen Stufe schwingt der

J5 Umrichter über Anschwingeinrichtung, Hilfsbrücke 3 mit der neuen Frequenz an. Die Motoren laufen wieder asynchron und beschleunigen bis zu dem Zeitpunkt, in dem sie konstante Drehzahl erreich i haben. Gegebenenfalls schließt sich dann wieder eine Umscha'tung auf

■»ο die nächsthöhere Frequenzstufe mit einer gleichzeitigen Umschaltung des Transformators an.

Nachdem bisher davon ausgegangen wurde, daß die Umschaltung von einer Frequenzstufe auf eine andere von der Drehzahl abhängig gemacht wird, kann sie jedoch auch von einer vorgegebenen Zeit abhängig gemacht werden. Diese wäre dann so zu wählen, daß die Motoren in einer Frequenzstufe mit Sicherheit konstante Drehzahl erreichen.
Vorteilhafterweise läßt sich mit dem angegebenen Verfahren ein Hochfahren ermöglichen, ohne daß die Werte der Kompensationskapazität verändert werden; insbesondere ist es nicht erforderlich, bei niedrigen Betriebsfrequenzen höhere Kapazitätswerte vorzusehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

ί. Verfahren zum Hochfahren von Wechsel- bzw. Drehstrommaschinen unter Verwendung eines Schwingkreisumrichters veränderlicher Frequenz, der durch Impulse getaktet und mittels einer Anschwingvorrichtung gestartet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstanter Kompensationskapazität ein gleichbleibendes Verhältnis von Taktfrequenz /7- des Schwingkreiswechselrichters und der Resonanzfrequenz To des wirksamen Schwingkreises durch eine Anpassung der wirksamen Induktivität des Lastkreises über einen zwischen dem Schwingkreisumrichter und der konstanten Kompensationskapazität einerseits und den hochzufahrenden Drehfeldmaschinen andererseits angeordneten Transformator erreicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz Pr in Stufen vorgegeb&s und das Obersetzungsverhältnis des Transformators stufenweise geändert wird.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator als Spartransformator ausgeführt ist