DE3508261C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zwischenkreisumrichterschaltung, wel­ che die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 aufweist.

Mit einer bekannten Zwischenkreisumrichterschaltung dieser Art (DE-OS 23 48 157) läßt sich wegen der 12pulsigen Ausführung des den Motorstromrichters bildenden, selbstgeführten Stromrichters ein Motorstrom erzielen, dessen treppenförmiger Verlauf feinstu­ figer ist und damit einen höheren Grundschwingungsgehalt hat als bei einem 6pulsigem Motorstromrichter. Dieser verbesserte Ver­ lauf des Motorstroms ermöglicht eine wesentlich größere Nutzung der Motorenbaugröße und auch die Erzielung eines höheren Drehmo­ mentes im Stillstand. Auch die 6pulsige Ausführung des netzge­ führten Stromrichters dieser bekannten Umrichterschaltung ist in sofern vorteilhaft, als der Anschluß an das üblicherweise vorhan­ dene Netz ohne weiteres möglich ist. Infolge der Verwendung eines einzigen Netzstromrichters, der über zwei Gleichstromzwischen­ kreise die beiden 6pulsigen Motorstromrichter speist, ist es aber bei dieser vorbekannten Lösung unerläßlich, die gleichphasi­ gen Ausgänge der Motorstromrichter über je eine Drossel zu ver­ binden und den Motor an die Mittelanzapfungen dieser Drosseln an­ zuschließen. Dies hat zur Folge, daß die Induktivität dieser Drosseln in Reihe mit der Motorinduktivität liegt und demzu­ folge die Summe aus der Streuinduktivität des Motors und der Drosselinduktivität bei einer stromabhängigen Kommutierung wirksam ist, was wegen der hierdurch bedingten großen Spannungs­ zeitflächen während der Kommutierung zu erheblichen Problemen führt.

Zwar sind Zwischenkreisumrichterschaltungen bekannt (DE-OS 23 48 157), welche derartige Drosseln nicht benötigen. Es sind je­ doch dann entweder voneinander galvanisch getrennte Netzstrom­ richter oder aber im Motor zwei räumlich versetzt angeordnete Wicklungssysteme notwendig, von denen jedes von einem der beiden Motorstromrichter gespeist wird. Beide Lösungen erfordern deshalb einen erhöhten Aufwand, wobei das Erfordernis von zwei Wick­ lungssystemen den Einsatz von Norm-Motoren ausschließt, was in vielen Fällen nicht akzeptabel ist.

Bekannt sind ferner Gleichrichtersysteme (Hütte IV A, Elektro­ technik, 28. Auflage, Seiten 593, 598, 599, 601, 604), bei denen zur Erhöhung der Pulszahl zwei phasenversetzt getaktete Gleich­ richter vorgesehen sind, die über Saugdrosseln im Gleichstrom­ kreis parallel arbeiten.

Weiterhin ist für den Anschluß einer Last in Form eines Blind­ leistung abgebenden Zweipols ein Zwischenkreisumrichter bekannt (DE-OS 29 01 793), bei dem an den Ausgang des einzigen Wechsel­ richters eine zur Last parallel liegende Saugdrossel angeschlos­ sen ist, durch deren beide Hälften je der halbe Strom des Zwischenkreises fließt, da die Mittelanzapfung dieser Saugdrossel über eine Glättungsdrossel mit dem einen Pol des Netzstromrich­ ters verbunden ist.

Schließlich ist es bekannt (US-PS 37 53 062), die beiden An­ schlüsse einer Drosselspule, deren Mittelanzapfung mit dem einen Pol einer Gleichstromquelle verbunden ist, mit einer ersten Gruppe von Teilwicklungen bzw. einer zweiten Gruppe von Teilwicklungen einer Mehrphasenmaschine zu verbinden, deren Teilwicklungen in Reihe mit je einem Wechselrichter geschaltet sind, wodurch eine symmetrische Verteilung der gegenüber dem im Gleichstromkreis fließenden Strom rhythmisch schwankenden Teilströme erfolgt und eine Unterdrückung der dritten Oberwelle erreicht werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zwischenkreisum­ richterschaltung zu schaffen, die kostengünstiger als die bekann­ ten Lösungen den Einsatz eines 12pulsigen Motorstromrichters mit 3phasigem Ausgang ermöglicht. Diese Aufgabe löst eine Zwischen­ kreisumrichterschaltung mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Da bei der erfindungsgemäßen Lösung die kreisstromvermindernden Drosseln im Zwischenkreis liegen, die Drehfeldmaschine also direkt an den 3phasigen Aus­ gang der Umrichterschaltung angeschlossen werden kann, sind diese Drosseln nicht im Kommutierungskreis wirksam. Die Kommutierung ist hierdurch problemlos, und außerdem sind die sich in der Ma­ schinenspannung ausprägenden Kommutierungsspitzen so klein, daß die Isolation der Maschine keine besondere Ausgestaltung aufzu­ weisen braucht. Durch die Verwendung eines einzigen Zwischenkrei­ ses ergibt sich ferner der Vorteil, daß die im Zwischenkreis lie­ gende Glättungsdrossel 12pulsig belastet wird und deshalb klei­ ner dimensioniert werden kann als die beiden Glättungsdrosseln, die bei zwei getrennten Zwischenkreisen in diesen angeordnet sind und jeweils nur 6pulsig belastet werden.

Die erfindungsgemäße Zwischenkreisumrichterschaltung ergibt einen sinusförmigen Netzstrom, einen hohen Netzleistungsfaktor sowie einen hohen Gesamtwirkungsgrad durch die kleineren Umschwingver­ luste im 12pulsigen Motorstromrichter und die kleineren Motor­ verluste durch die Reduzierung der Verluste infolge Oberwellen. Die angeschlossene Maschine entwickelt durch die Absenkung der Oberschwingungen ein geringeres Geräusch. Durch den 12pulsigen Betrieb lassen sich ein hohes strombezogenes Anzugsmoment, ein großer Drehzahlstellbereich sowie kleine Pendelmomente erreichen und ferner ist die Isolationsbeanspruchung der Maschine vermin­ dert.

Die Schaltungsanordnung der Drosseln ist vorzugsweise so gewählt, daß die beiden gleichpoligen Eingänge der beiden Maschinen- Stromrichter über je eine der Saugdrosseln miteinander verbunden sind, deren Mittelanzapfung über je eine Glättungsdrossel mit dem gleichpoligen Ausgang des netzgeführten Stromrichters verbunden ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jedem Eingang des Netz-Stromrichters je eine Netzdrossel vorgeschaltet, an de­ ren Verbindungen mit dem Netz-Stromrichter Filterkreise angeschlossen sind, die vorzugsweise auf die fünfte und siebte Oberschwingung abgestimmt sind. Dadurch erreicht man erheblich reduzierte Oberschwingungsströme und verbessert außerdem den Netz­ leistungsfaktor.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels.

Ein Zwischenkreisumrichter zum Anschließen einer 3phasigen Dreh­ feldmaschine, beispielsweise einer Norm-Asynchronmaschine mit Kurzschlußläufer, die im Stator ein einziges Wicklungssystem hat, weist einen netzgeführten, 6pulsigen Netz-Stromrichter 1 auf, welcher über je eine Netzdrossel 2 in jeder Phase an ein 3phasiges Netz angeschlossen wird. Im Ausführungsbeispiel ist zwischen der Netz­ drossel 2 und dem Netz ein Stromwandler 3 angeordnet, der eine Messung des nahezu sinusförmigen Netzstromes ermöglicht. An die beiden gleichstromseitigen Ausgangsklemmen des Netz- Stromrichters 1 ist je eine Glättungsdrosselhälfte 4 angeschlos­ sen. Andererseits sind die beiden Glättungsdrosselhälften 4 mit der Mittelanzapfung einer ersten bzw. einer zweiten Saugdrossel 5 verbunden. Im Prinzip handelt es sich nur um eine einzige Glät­ tungsdrossel. Die beiden Glättungsdrosselhälften, deren Spulen auf einem gemeinsamen, in der Figur mit einer gestrichelten Linie angedeutet, Kern angeordnet sind, haben jedoch den Vorteil, daß die Isolationsbeanspruchung des Motors symmetrisch erfolgt und demzufolge kleiner wird.

Wie die Figur zeigt, sind über die beiden Saugdrosseln 5 die gleichpoligen Eingänge von zwei gleich ausgebildeten, 6pulsigen, selbstgeführten Maschinen-Stromrichtern 6 verbunden. Durch die Saugdrossel 5 werden im Gleichstrom­ zwischenkreis sowohl der positive als auch der negative Strom sym­ metrisch auf die beiden Maschinen-Stromrichter 6 aufgeteilt.

Die phasengleichen Ausgänge der beiden Maschinen-Stromrich­ ter 6, bei denen es sich um je eine 3phasige Thyristor-Dreh­ strombrücke mit Phasenlöschung handelt, sind direkt miteinander verbunden. Der Umrichter hat daher einen 3phasigen Aus­ gang. Wegen der 6pulsigen Ausbildung jeder der beiden Maschinen-Stromrichter 6 und einer um 30° elektrisch versetzten Taktung dieser Stromrichter ist der Ausgang des Umrichters, an dem im Ausführungsbeispiel ein 3phasiger Drehstrom-Asynchronmotor 7 angeschlossen ist, 12pulsig.

An die Verbindungsleitungen, die von der Netzdrossel 2 zum Netz-Stromrichter 1 führen, sind Filterkreise 8 angeschlos­ sen, welche auf die fünfte und siebte Oberschwingung abgestimmt sind. Hierdurch werden die Oberschwingungsströme erheblich redu­ ziert und durch die Kompensationswirkung der Filterkreise 8 der Netzleistungsfaktor verbessert.

Der Betrieb des Zwischenkreisumrichters erfolgt in der Weise, daß auf die Zündschaltung 9 des Netz-Stromrichters 1 ein Regler 10 einwirkt, auf den sowohl die Ausgangsgröße eines Soll- Istwert-Vergleiches des über einen Gleichrichter 11 erfaßten Ma­ schinenstromes als auch die Ausgangsgröße eines Soll-Istwert- Vergleiches der induzierten Maschinenspannung des Drehstrom-Asyn­ chronmotors 7 aufgeschaltet ist. Die induzierte Maschinenspan­ nung wird hierbei mittels eines Gleichrichters 12 erfaßt. Durch diese Regelung des Netz-Stromrichters 1 ist gewährlei­ stet, daß sich der dem Drehstrom-Asynchronmotor 7 eingeprägte Strom bis zur Stromgrenze nur auf den Wert aufbaut, der für die Induktion der vorgewählten Maschinenspannung erforderlich ist. Der Netz-Stromrichter 1 regelt somit unterhalb der Strom­ grenze die Motorspannung und begrenzt den Motorstrom.

Den beiden Maschinen-Stromrichtern 6 wird über eine Zünd­ schaltung 13, welche für die beiden Maschinen-Stromrichter um 30° el versetzte Zündimpulse erzeugt, und einen Spannungs- Frequenz-Umsetzer 14 die drehzahlbestimmende Frequenz eines Reglers 15 vorgegeben. Zusätzlich ist der Eingang des Umsetzers 14 mit dem Ausgang eines Wirkstrombewerters 16 verbunden, was ei­ ne Stabilisierung des Antriebs bei Lastwechseln bewirkt. Der Reg­ ler 15 erhält den Wert der Motorspannung als eine Eingangsgröße. Die Drehzahl des Motors stellt sich somit der Maschinenspannung proportional ein.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie auch die nur allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale sind als wei­ tere Ausgestaltungen Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den An­ sprüchen erwähnt sind.

Claims (4)

1. Zwischenkreisumrichterschaltung für den Anschluß eines einzigen Wicklungssystems einer 3phasigen Drehfeldma­ schine, mit einem Netzstromrichter, zwei mit letzterem unter Zwischenschaltung wenigstens einer Glättungsdrossel verbundenen, 6phasigen, um 30° el versetzt getakteten Maschinenstromrich­ tern, deren Ausgänge phasengleich an einen 3phasigen Schaltungs­ ausgang angeschlossen sind, und mit kreisstromvermindernden Drosseln, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Maschinen­ stromrichter (6) direkt miteinander und mit dem Schaltungsaus­ gang verbunden sind und daß ihre Eingänge an einem einzigen vom Netzstromrichter (1) ausgehenden Gleichstromzwischenkreis angeschlossen sind, in dem die kreisstrom­ mindernden Drosseln in einer den Gleichstrom auf beide Maschinen­ stromrichter (6) symmetrisch aufteilenden Schaltungsanordnung als Saugdrosseln (5) liegen.

2. Zwischenkreisumrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichpoligen Eingänge der Maschinenstromrichter (6) über je eine der Saugdrosseln (5) miteinander verbunden sind, deren Mittelzapfung über je eine Glättungsdrossel (4) mit dem gleichpoligen Ausgang des Netz-, Stromrichters (1) verbunden ist.

3. Zwischenkreisumrichterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Eingang des Netz-Strom­ richters (1) je eine Netzdrossel (2) vorgeschaltet ist, an deren Verbindung mit dem Netz-Stromrichter (1) wenigstens je ein Filterkreis (8) angeschlossen ist.

4. Zwischenkreisumrichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkreise (8) auf die fünfte und siebte Oberschwingung abgestimmt sind.