DE2531255A1

DE2531255A1 - Verfahren zur steuerung eines selbstgefuehrten wechselrichters mit eingepraegtem strom

Info

Publication number: DE2531255A1
Application number: DE19752531255
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Lienau; Adolf Dipl In Mueller-Hellmann
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1975-07-12
Filing date: 1975-07-12
Publication date: 1977-01-27
Also published as: CH608919A5

Description

"Verfahren zur Steuerung eines selbstgeführten Wechselrichters mit eingeprägtem Strom" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines selbstgeführten Wechselrichters mit eingeprägtem Strom, an den eine Drehstrommaschine angeschlossen ist. Sie findet Anwendung in der Antriebstechnik, insbesondere bei Traktionsantrieben.
Das Verfahren soll Anwendung finden für den in Fig. 5 dargestellten, in der auslc:ndischen Literatur häufig beschr,ebenen, selbstgeführten Wechselrichter (z.B. H.Kazumo; Commutation of a Three-Phase Thyristor Bridge with Commutation Capacitors on Series Diodes; Electrical Engineering in Japan 1970, S.91-100).
In den Veröffentlichungen wird der Einsatz dieses Wechselrichters zur Speisung vffl Drehfeldmaschinen mit Rechteckstromblöcken der Breite 3 beschrieben.
Das im folgenden beschriebene Verfahren kann ohne Änderungen des Aufbaus dieser Schaltung angewandt werden. Es sind lediglich Erweiterungen in der Steuerung durchzuführen.
Bei der Speisung einer Drehfeldmaschine mit Rechteckstromblöcken werden dem Ständer Stromoberschwingungen der Frequenz f = f1 (6g+1) (g = +1, +2, +3, ...) zugeführt. Durch diese Oberschwingungen entstehen zusätzliche Verluste und Drehfelder höherer Ordnungszahlen.
Durch das Zusammenwirken von Stromoberschwingungen und Drehfeldern gleicher Ordnungszahl entstehen konstante Zusatzdrehmomente, die bremsend wirken können oder zum Grundschwingungsdrehmoment hinzuaddiert werden müssen.
Weiterhin bilden sich Pendelmomente durch das Zusammenwirken der Oberschwingungen des eingeprägten Stromes mit der Grundwelle des Drehfeldes aus, die erheblich größer als die Zusatzdrehmomente sind. Dabei bilden die Strombeläge der fünften und siebten Harmonischen ein Pendelmoment sechsfacher Grundfrequenz, da sie mit gleicher Relativgeschwindigkelt zur Grundwelle des Drehfeldes umlaufen. Analog bilden die Strombeläge der elften und drei zehnten Oberschwingung ein Pendelmoment zwölffacher Grundfequenz aus. Diese Pendelmomente sind besonders bei solchen Antrieben störend, die mit vollem Moment anlaufen müssen, z.B. bei Traktionsantrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgahe zugrunde, eine Steuerung des Wechselrichters anzugeben, bei der die vorbeschriebenen Pendelmomente der Drehstrommaschine erheblich verringert sind.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß der Drehstrommaschine statt eines Stromblockes von 120°el Dauer in einer Periode und in einer Phase Einzelblöcke zugeführt werden, die unter Ausschnitt von Stromzeitflächen j ai oCL aus dem 1200-Block, symmetrisch zu dessen bei liegender Mittellinie in den Bereichen gebildet werden, wobei tl - den Beginn des 1200-Bezugsblockes, Q - die Kreisfrequenz und n - Null bzw. eine beliebige ganze Zahl bezeichnen, und daß die entnommenen Stromzeitflächen wechselweise von den beiden anderen Phasen übernommen werden.
Die störenoen Oberschwingungen im eingeprägten Strom werden durch die Aufteilung des 1200-Stromblockes in mehrere Einzelblöcke in vorteilhafterweise verringert. Da der vom Zwischenkreis des Stromrichters aufgedrückte Strom weiterfließt, geschieht diese Aufteilung in der Form, daß die Stromzeitfläche konstant bleibt, indem die entnommenen Stromzeitflächen wechselweise von de- beide anderen Phasen übernommen werden. Durch den Ausschnitt der Stromzeitflächen synunetrisch zur Mittellinie, im ersten und letzten Viertel des 120°-Bezugsblockes wird in vorteilhafterweise eine X5stimmung mit der Stromeinprägung erreicht und es werden die Symmetriebedingungen erfüllt.
Die Ausschnitt- bzw. Sektorsteuerung ist in einem anderen Zusammenhang, und zwar im Zusammenhang einer löschbaren unsymmetrisch halbgesteuerten Einphasenbrückenschaltung bekannt (Zeitschrift "Elektrische Bahnen", Heft 1 (43. Jahrgang, 1972), S. 13 bis 19; DT-OS 1 563 240). Auf die Anwendbarkeit der Wechselrichtertastung auf höherphasige nordnungen wird in letztgenannter Literaturstelle zwar hinaewiesen, jedoch fehlt eine entsprechende genaue Maßgabe.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Stromverlauf in den drei Phasen bei bekannter Speisung der Drehstrommaschine mit 1200 breiten Stromblöcken, Fig. 2 den Stromverlauf in den drei Phasen bei der erfindungsgemäßen Aufteilung des 1200-Stromblockes in drei Einzelblöcke, Fig. 3 den Stromverlauf in denb drei bei Aufteilung des 120°-Stromblockes in 5 Einzelblöcke, Fig. 4 den Stromverlauf in den drei Phasen bei der Aufteilung des 1200-Stromblockes in 7 Einzelblöcke und Fig. 5 die bekannte Schaltung eines selbstgeführten Wechselrichters mit angeschlossener Drehstrommaschine.
In Fig. 1 wird davon ausgegangen, daß der 120°-Stromblock I1 bei 1r/6 beginnt. Die weiteren Stromblöcke 12 und. I3 folgen mit entsprechender 1200-Verschiebung. in Fig. 5 ist dazu schematisch ein Schaltbild dargestellt, das einen Gleichstromzwischenkreis 1, einen Wechselrichter 2 und eine Drehstrommaschine 3 umfasst.
Die weiteren Erläuterungen sind auf eine Periode und den Stromführungsbeginn bei wtl = t/6 bezogen.
Für die Aufteilung des Stromblockes gibt es mehrere Möglichkeiten.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie der Ausgangsstromblock in drei Einzelblöcke zerlegt wird. Dies geschieht durch die Entnahme einer Stromzeitfläche der Breite x, = 80+ 10 ausgehend von den Zeitpunkten aus dem Stromblock der Phase R und Uebergabe dieser Flache an die Phasen s und T. Diese Stromzeitflächen sind in der Fig. 2 gestrichelt dargestellt.
Eine andere Möglichkeit, die Oberschwingungen im Statorstrom zu verringern, besteht in der Entnahme einer Stromzeitfläche der Breite #α2 = 5° # 1°, ausgehend von den Zeitpunkten aus dem 1200-Stromblock(mit α 2 = 13° + 3°). Der Vorgang ist in der Fig. 3 dargestellt. Aus dem 1200-Stromblock entstehen fünf Einzelblöcke Durch die Kombination der beiden besprochenen Verfahren erhält man die Aufteilung des Ausgangsstromblockes in sieben Einzelblöcke wie in Fig. 4 dargestellt. Dabei werden der Maschine statt eines Stromblockes von 1200 Dauer sieben Einzelblöcke zugeführt werden, die dadurch entstehen, daß dem 1200-Stromblock zwei Stromzeitflächen der Breite M = 80 + 10 zu den Zeitpunkten t1 = 1/w 't/6 bzw.
sowie zwei Stromzeitflächen der Breite #α2 = = 7,50 + 1° zu den Zeitpunkten mit α2 = 22,5 +3,50 entnommen werden.
Nach diesem Schema ist eine weitere Aufteilung des Stromblockes moglich. Sie wird begrenzt durch die endliche Kommutierungsdauer, bedingt durch die Streuinduktivität der Maschine, den Kommutierungskondensator und die Eigenschaften des Wechselrichters. Die angegebenen Werte für tl bis t4 und de: sowie αi lassen sich dabei innerhalb der angegebenen allgemeinen Grenzen variieren.
Bei dem Anlauf eines Traktionsantriebes mit vollem Moment kann man in Abhängigkeit von der Frequenz von den Verfahren mit einer höheren Anzahl von Einzelblöcken auf die mit geringerer Anzahl umschalten. Diese Umschaltungen können durch die günstige Wahl der Winkel α2, #α1 und #α2 so durchgeführt werden, daß sowohl im Grundwellendrehmoment als auch im stark verringerten Pendelmoment sechsfacher Grundfrequenz nur geringe Änderungen auftreten.
Bezüglich des schaltungstechnischen Aufbaues der Schaltung gemäß Fig. 5 wird auf die eingangs genannte Literaturstelle Kazumo verwiesen.

Claims

Patentansprüche

1. erfahren zur Steuerung eines selbstgeführten Wechselrichters mit eingeprägtem Strom, an dem eine Drehstrommaschine angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommaschine statt eines Stromblockes von 1200el Dauer in einer Periode und in einer Phase Einzelblöcke zugeführt werden, die unter Ausschnitt von Stromzeitflächen aus dem 120°-Block, symmetrisch zu dessen bei liegender Mittellinie in den Bereichen gebildet werden, wobei tl - den Beginn des 120°-Bezugsblockes, - - die Kreisfrequenz und n - Null bzw. eine beliebige ganze Zahl bezeichnen, und daß die entnommenen Stromzeitflächen wechselweise von den beiden anderen Phasen übernommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommaschine statt eines Stromblockes von 1200 Dauer drei Einzelblöcke zugeführt werden, die dadurch entstehen, daß aus dem 1200-Stromblock zwei Stromzeitflächen der Breite #α1 = 80 + 10, beginnend bei wt1 + 2n1r und entommen werden (Fig. 2).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommaschine statt eines Stromblockes von 1200 Dauer fünf Einzelblöcke zugeführt werden, die dadurch entstehen, daß dem 1200-Stromblock zwei Stromzeitflächen der Breite #α2 = 5° # 1°, beginnend bei und entnommen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschine statt eines Stromblockes von 1200 Dauer sieben Einzelblöcke zugeführt werden, die dadurch entstehen, daß dem 120°-Stromblock zwei Stromzeitflächen der Breite 4Z'1 = 80 + 10, beginnend bei wt1 + 2nf bzw. wt3 = wt1 + 2#( n + 1/3) - #α1 sowie zwei Stromzeitflächen der Breite #α2 = 7,5° # 1° zu den Zeitpunkten entnommen werden (Fig.4).

5. Verfahren nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Teilungen des 1200-Bezugsstromblockes verschiedenen Drehzahlbereichen eines Antriebes zugeordnet werden.

L e e r s e i t e