DE9110336U1 - Device for quickly restoring the torque-generating operating state of a converter-fed asynchronous machine after a short-term power failure - Google Patents
Device for quickly restoring the torque-generating operating state of a converter-fed asynchronous machine after a short-term power failureInfo
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Description
Siemens AktiengesellschaftSiemens AG
Vorrichtung zur schnellen Wiederherstellung des drehmomenterzeugenden Betriebszustandes einer stromrichtergespeisten Asynchronmaschine nach kurzzeitigem NetzausfallDevice for quickly restoring the torque-generating operating state of a converter-fed asynchronous machine after a brief power failure
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur schnellen Wiederherstellung des drehmomenterzeugenden Betriebszustandes einer von einem Stromzwischenkreisumrichter gespeisten Asynchronmaschine im Anschluß an einen kurzzeitigen Einbruch bzw. Ausfall des speisenden Netzes.The invention relates to a device for quickly restoring the torque-generating operating state of an asynchronous machine fed by a current link converter following a brief dip or failure of the supply network.
In der elektrischen Energieversorgung sind Einbrüche insbesondere des Spannungswertes in einer oder mehrerer Phasen bzw. häufig durch Schaltmaßnahmen bedingte kurzzeitige, vollständige Ausfälle eines elektrischen Netzes nicht vollständig vermeidbar. Auch wenn derartige Netzbetriebszustände meist nur sehr kurzzeitig auftreten, können sie dennoch den Betrieb von stromrichtergespeisten Asynchronmaschinen erheblich beeinträchtigen. So schalten sich zur Speisung von Asynchronmaschinen dienende Gleichstromzwischenkreisumrichter auch bei sehr kurzen Netzeinbrüchen dann ab, wenn z.B. ein um 25 % unter dem Nennwert liegender Netzspannungswert auftritt. An den kurzzeitigen Netzeinbruch schließt sich nun eine relativ lange Totzeit an, bis der aus Gleichstromzwischenkreisumrichter und Asynchronmaschine bestehende Antrieb den Drehmoment erzeugenden Betriebszustand wieder erreichen kann. Während dieser drehmomentlosen Totzeit läuft der Antrieb, d.h. die Asynchronmaschine mit den angekuppelten Betriebsmitteln, langsam aus.In the electrical power supply, drops in voltage in one or more phases in particular or short-term, complete failures of an electrical network caused by switching measures cannot be completely avoided. Even if such network operating states usually only occur for a very short time, they can still significantly affect the operation of converter-fed asynchronous machines. For example, DC intermediate circuit converters used to feed asynchronous machines switch off even in the event of very short network drops, for example if the network voltage is 25% below the nominal value. The short-term network drop is followed by a relatively long dead time until the drive consisting of the DC intermediate circuit converter and the asynchronous machine can reach the torque-generating operating state again. During this torque-free dead time, the drive, i.e. the asynchronous machine with the coupled equipment, slowly runs down.
Insbesondere bei Großantrieben, welche über eine große Schwungmasse verfügen, kann die Totzeit nach dem kurzzeitigen Netzausfall bis zum Wiedereinschalten einen Wert in der Größenordnung von 13 bis 15 Sekunden aufweisen. Diese Totzeit über-Particularly in the case of large drives with a large flywheel mass, the dead time after a brief power failure until the system is switched back on can be in the order of 13 to 15 seconds. This dead time exceeds
schreitet somit die Dauer des vorangegangenen, ursächlichen kurzzeitigen Netzausfalles erheblich. Aufgrund dieser Eigenschaft einer von einem Stromzwischenkreisumrichter gespeisten Asynchronmaschine kann diese Antriebsart bei bestimmten An-Wendungen nicht oder nur beschränkt eingesetzt werden. So ist es z.B. in Kraftwerken nicht ohne weiteres möglich, Speisewasser- und Kühlmittelpumpen, Frischlüfter, Saugzüge und dergleichen mit einer über einen Gleichstromzwischenkreisumrichter gespeisten Asynchronmaschine zu betreiben. 10the duration of the previous, causal short-term power failure is thus significantly increased. Due to this property of an asynchronous machine fed by a DC link converter, this type of drive cannot be used in certain applications or can only be used to a limited extent. For example, in power plants it is not possible to operate feed water and coolant pumps, fresh air fans, suction fans and the like with an asynchronous machine fed by a DC link converter. 10
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe die drehmomentlose Totzeit einer über einen Gleichstromzwischenkreisumrichter gespeisten Asynchronmaschine nach Auftreten eines kurzzeitigen Netzeinbruches zu verkürzen.The invention is based on the object of specifying a device with the aid of which the torque-free dead time of an asynchronous machine fed via a DC link converter can be shortened after a brief power failure occurs.
Die Aufgabe wird gelöst mit der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. 20The object is achieved with the device specified in claim 1. Advantageous further embodiments of the invention are specified in the subclaims. 20
Die Erfindung wird desweiteren anhand einer, in der Figur dargestellten, bevorzugten Ausführungsform näher erläutert.The invention is further explained in more detail using a preferred embodiment shown in the figure.
Die Figur zeigt eine dreiphasige Asynchronmaschine ASM, welche über einen Umrichter SZU mit Gleichstromzwischenkreis ZK aus :: einem Energieversorgungsnetz NA gespeist wird. Die Ausgangsklemmen AK des Umrichters SZU sind mit den Anschlußklemmen MK der Asynchronmaschine ASM über eine dreiphasige Anschlußleitung MA verbunden. An den Umrichterausgangsklemmen AK wird bekanntlich ein Drehstromsystem mit variabler Frequenz und Spannung bereitgestellt, womit die Drehzahl z.B. von Drehstrom-Käfigläufermotoren stufenlos und verlustarm verändert werden kann.The figure shows a three-phase asynchronous machine ASM, which is fed via a converter SZU with a direct current intermediate circuit ZK from : : a power supply network NA. The output terminals AK of the converter SZU are connected to the connection terminals MK of the asynchronous machine ASM via a three-phase connection line MA. As is known, a three-phase system with variable frequency and voltage is provided at the converter output terminals AK, with which the speed of e.g. three-phase squirrel cage motors can be changed continuously and with low losses.
Der Stromzwischenkreisumrichter SZU enthält in der üblichen Weise einen netzseitigen, netzgeführten Stromrichter SRIThe current source converter SZU contains, in the usual way, a line-side, line-commutated converter SRI
und einen maschinenseitigen, selbstgeführten Stromrichter SR2 mit den Wechselrichterventilen VIl...V16, V21...V26. Die Wechselrichterventile in SR2 sind in bekannter Weise mit Kommutierungskondensatoren C31...C36 beschaltet, welche nach dem bekannten Prinzip der "Phasenfolgekommutierung" Schwingkreise mit den entsprechenden Induktivitäten im Inneren der Asynchronmaschine ASM bilden. Der netzseitige Stromrichter SRI und der maschinenseitige Stromrichter SR2 sind über einen, Zwischenkreisdrosseln L2 enthaltenden Gleichstromzwischenkreis ZK miteinander verbunden. Die Zwischenkreisdrosseln L2 entkoppeln die beiden Stromrichter und sorgen für einen eingeprägten Strom mit kleiner Welligkeit. Der selbstgeführte Stromrichter SR2 schaltet diesen Zwischenkreisstrom drehfeldbildend auf die Wicklungen der Asynchronmaschine ASM auf.and a machine-side, self-commutated converter SR2 with the inverter valves VIl...V16, V21...V26. The inverter valves in SR2 are connected in a known manner with commutation capacitors C31...C36, which form oscillating circuits with the corresponding inductances inside the asynchronous machine ASM according to the known principle of "phase sequence commutation". The line-side converter SRI and the machine-side converter SR2 are connected to one another via a DC intermediate circuit ZK containing intermediate circuit chokes L2. The intermediate circuit chokes L2 decouple the two converters and ensure an impressed current with a small ripple. The self-commutated converter SR2 switches this intermediate circuit current to the windings of the asynchronous machine ASM, forming a rotating field.
Bei Auftreten eines unzulässig hohen Netzeinbruches werden die Zündimpulse für die Ventile der Stromrichter SR1,SR2 gesperrt, d.h. es wird die normale Kommutierungsfolge abgebrochen. Für die Wiederaufnahme der Kommutierung, also die Beendigung der drehmomentlosen Totzeit, sind einige vorbereitende Maßnahmen notwendig. Zunächst muß abgewartet werden, bis die Remanenzspannung der auslaufenden Asynchronmaschine bis auf 10 % der Nennspannung abgeklungen ist. Danach müssen die Kommutierungskondensatoren durch sogenanntes "Durchzünden" der Wechselrichterventile entladen werden. Wird diese Bedingung nicht beachtet, so würde die zu hohe Remanenzspannung beim Durchzünden einen zu großen Strom durch den Wechselrichter SR2 treiben und dort unter Umständen Beschädigungen z.B. an den Wechselrichterventilen VIl...V16, V21...V26 verursachen. Erst nach ausreichendem Abbau der von der Restmagnetisierung des auslaufenden Läufers verursachten Remanenzspannung und nach Ablauf der sich anschließenden Entladung der Kommutierungskondensatoren können diese für einen Wiederanlauf des Umrichters definiert vorgeladen werden. Die Vorladung der Kommutierungskondensatoren ist notwendig, damit nach Freigabe derIf an unacceptably high mains dip occurs, the ignition pulses for the valves of the power converters SR1, SR2 are blocked, i.e. the normal commutation sequence is aborted. Some preparatory measures are necessary to resume commutation, i.e. to end the torque-free dead time. First, you must wait until the remanence voltage of the decelerating asynchronous machine has decayed to 10 % of the nominal voltage. Then the commutation capacitors must be discharged by so-called "firing" of the inverter valves. If this condition is not observed, the excessively high remanence voltage would drive too high a current through the inverter SR2 during firing and could cause damage, for example to the inverter valves VIl...V16, V21...V26. Only after the remanence voltage caused by the residual magnetization of the running-down rotor has been sufficiently reduced and after the subsequent discharge of the commutation capacitors has taken place can they be precharged in a defined manner for a restart of the converter. The precharging of the commutation capacitors is necessary so that after the release of the
zyklischen Zündbefehle der auf dem Prinzip der Phasenfolgekommutierung beruhende Kommutierungszyklus, d.h. die abwechselnde Übernahme und Abgabe der Stromtransportes zwischen den einzelnen Wechselrichterventilen, wieder in Gang kommt.cyclical ignition commands, the commutation cycle based on the principle of phase sequence commutation, i.e. the alternating acceptance and release of the current transport between the individual inverter valves, starts again.
Der Ablauf dieser Maßnahmen zwischen Netzausfall und Wiederanlauf des Umrichters verursacht die unerwünschte drehmomentlose Totzeit. Darin stellt der Zeitraum den größten Anteil dar, der bis zum ausreichenden Abklingen der Remanenzspannung der Asynchronmaschine vergeht. Dieser Zeitraum ist insbesondere bei Großantrieben und deren entsprechend großer "Entmagnetisierungszeitkonstante" relativ lang.The sequence of these measures between the power failure and the inverter restarting causes the undesirable torque-free dead time. The largest part of this is the time that passes until the remanence voltage of the asynchronous machine has sufficiently decayed. This time is relatively long, especially in the case of large drives and their correspondingly large "demagnetization time constant".
Die Erfindung stellt nun eine Vorrichtung zur Verfügung, mit deren Hilfe der drehmomenterzeugende Betriebszustand der stromrichtergespeisten Asynchronmaschine schnell wiederhergestellt werden kann. Die Vorrichtung ermöglicht eine gezielte Entmagnetisierung unter definierten Randbedingungen, und verkürzt somit die zum Abbau der Remanenzspannung benötigte Wartezeit. Die Erfindung wird desweiteren anhand eines in der Figur dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention now provides a device with the aid of which the torque-generating operating state of the converter-fed asynchronous machine can be quickly restored. The device enables targeted demagnetization under defined boundary conditions and thus shortens the waiting time required to reduce the remanence voltage. The invention is further explained in more detail using a preferred embodiment shown in the figure.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt im wesentlichen über eine Schnellentmagnetisierungsvorrichtung EV. Diese weist einen bevorzugt sternförmigen Kurzschließer SK für die einzelnen Phasen R,S,T der Asynchronmaschine SM auf. Der Kurzschließer kann zur gezielten Entmagnetisierung der Maschineninduktivitäten über ein dreiphasiges Schaltgerät SG an die Anschlußklemmen MK angelegt werden. Bevorzugt sind in mindestens eine der Phasen zwischen dem sternförmigen Kurzschließer SK und den Anschlußklemmen MK zusätzlich Entmagnetisierungsstrom-Begrenzungswiderstände R1,R2,R3 zwischengeschaltet. DieseThe device according to the invention essentially has a quick demagnetization device EV. This has a preferably star-shaped short-circuiter SK for the individual phases R, S, T of the asynchronous machine SM. The short-circuiter can be connected to the connection terminals MK via a three-phase switching device SG for targeted demagnetization of the machine inductances. Demagnetization current limiting resistors R1, R2, R3 are preferably additionally connected in at least one of the phases between the star-shaped short-circuiter SK and the connection terminals MK. These
O 1 , : 'pH 3 3UJJO 1 , : 'pH 3 3 UJJ
werden so dimensioniert, daß der von der kurzgeschlossenen Remanenzspannung verursachte Stromstoß in den Phasen R,S,T der Asynchronmaschine ASM nur einen Drehmomentstoß mit einer zulässigen Größe verursacht. Sobald der Entmagnetisierungsstrom durch den sternförmigen Kurzschließer SK, und damit die Remanenzspannung, weitestgehend abgeklungen sind, wird das Schaltgerät SG wieder geöffnet und der sternförmige Kurzschließer SK somit von den Anschlußklemmen MK getrennt. Nun können die Kommutierungskondensatoren C31...C36 gefahrlos entladen, anschließend gezielt vorgeladen und schließlich zum Wiederanlauf des Umrichters SZU die Zündimpulse für die Gleich- und Wechselrichterventile freigegeben werden.are dimensioned so that the current surge caused by the short-circuited remanence voltage in the phases R, S, T of the asynchronous machine ASM only causes a torque surge of a permissible size. As soon as the demagnetization current through the star-shaped short-circuiter SK, and thus the remanence voltage, has largely subsided, the switching device SG is opened again and the star-shaped short-circuiter SK is thus separated from the connection terminals MK. Now the commutation capacitors C31...C36 can be safely discharged, then specifically precharged and finally the ignition pulses for the rectifier and inverter valves can be released to restart the converter SZU.
Die drehmomentlose Totzeit zwischen kurzzeitigem Netzeinbruch und Wiederanlauf kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schnellentmagnetisierungsvorrichtung EV z.B. bei Großantrieben auf ca. 5 Sekunden reduziert werden.The torque-free dead time between a brief power failure and restart can be reduced to approx. 5 seconds with the help of the quick demagnetization device EV according to the invention, e.g. in large drives.
Gemäß einer weiteren, in der Figur bereits dargestellen Ausführungsform ist ein zusätzliches Steuergerät ST vorhanden, welches bei Auftreten eines kurzzeitigen Einbruches bzw. Ausfalles des speisenden Netzes NA das Schaltgerät SG in der Schnellentmagnetisierungsvorrichtung EV für eine vorgebbare Entmagnetisierungszeit TE aktiviert. Bei dem in der FigurAccording to a further embodiment, already shown in the figure, an additional control device ST is provided, which activates the switching device SG in the rapid demagnetization device EV for a predeterminable demagnetization time T E in the event of a brief dip or failure of the supply network NA. In the case of the control device shown in the figure
dargestellten Beispiel weist das Steuergerät ST zumindest drei Steuersignale S1,S2,S3 auf. Über das Steuersignal Sl wird dem Steuergerät ST das Auftreten eines die Abschaltung des Stromzwischenkreisumrichters SZU verursachenden, unzulässigen Netzeinbruches bzw. eines kurzzeitigen Netzausfalles gemeldet. Daraufhin aktiviert das Steuergerät ST die Steuersignale S2 und S3. Über das Signal S3 wird das Schaltgerät SG in der Schnellentmagnetisierungsvorrichtung EV aktiviert. Die hierdurch hervorgerufene Zuschaltung des sternförmigen Kurzschließers SK und der damit hervorgerufene gezielte AbbauIn the example shown, the control unit ST has at least three control signals S1, S2, S3. The control signal Sl is used to report to the control unit ST the occurrence of an impermissible mains dip or a short-term power failure that causes the current intermediate circuit converter SZU to be switched off. The control unit ST then activates the control signals S2 and S3. The switching device SG in the quick demagnetization device EV is activated via the signal S3. The connection of the star-shaped short-circuiter SK caused by this and the targeted reduction
der Restremanenz des Läufers der Asynchronmaschine ASM wird dem Umrichter SZU über das Steuersignal S2 mitgeteilt. Hierüber kann für die Dauer der Entmagnetisierungszeit TV, d.h. die Dauer der Anschaltung des sternförmigen Kurzschließers SK an die Klemmen MK, die versehentliche Freigabe von Steuerimpulsen für die Gleich- und Wechselrichterventile in den Stromrichtern SR1,SR2 im Stromzwischenkreisumrichter SZU blockiert werden.the residual remanence of the rotor of the asynchronous machine ASM is communicated to the converter SZU via the control signal S2. This can be used to block the accidental release of control pulses for the rectifier and inverter valves in the converters SR1, SR2 in the current intermediate circuit converter SZU for the duration of the demagnetization time TV, i.e. the duration of the connection of the star-shaped short-circuiter SK to the terminals MK.
Die Entmagnetisierungszeit TV wird vom Steuergerät ST bevorzugt als ein fester Zeitraum vorgegeben. Deren Wert wird bevorzugt bei Inbetriebnahme der stromrichtergespeisten Asynchronmaschine ASM insbesondere abhängig von der jeweiligen Maschinengröße und den Werten der Entmagnetisierungsstrom-Begrenzungswiderständen R1,R2,R3 einmalig experimentell ermittelt, und anschließend im Steuergerät ST fest eingestellt. Gemäß einer weiteren, in der Figur ebenfalls bereits dargestellten Ausführungsform ist ein zusätzlicher Meßgeber MG zur Erfassung des Betrages |l| des durch den zugeschalteten sternförmigen Kurzschließer SK fließenden Entmagnetisierungsstromes vorhanden. Über eine Signalleitung SM wird dieses Meßsignal dem Steuergerät ST zugeführt, welches dann das Ende der Entmagnetisierungszeit T^ abhängig vom Istwertverlauf des Betrages des Entmagnetisierungsstromes vorgeben kann. Mit dieser Ausführung ist gewährleistet, daß die Schnellentmagnetisierungsvorrichtung EV durch Betätigen des Schaltgerätes SG erst dann von den Anschlußklemmen MK getrennt wird, wenn die Remanenz mit Sicherheit auf einen vorgegebenen Wert abgeklungen ist.The demagnetization time TV is preferably specified by the control unit ST as a fixed period of time. Its value is preferably determined experimentally once when the converter-fed asynchronous machine ASM is put into operation, in particular depending on the respective machine size and the values of the demagnetization current limiting resistors R1, R2, R3, and is then permanently set in the control unit ST. According to a further embodiment, also already shown in the figure, an additional measuring sensor MG is present for recording the amount |l| of the demagnetization current flowing through the connected star-shaped short-circuiter SK. This measuring signal is fed to the control unit ST via a signal line SM, which can then specify the end of the demagnetization time T^ depending on the actual value of the amount of the demagnetization current. This design ensures that the rapid demagnetization device EV is only separated from the connection terminals MK by operating the switching device SG when the remanence has definitely decayed to a predetermined value.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den besonderen Vorteil, daß sie ohne Eingriffe in den inneren Aufbau des Stromzwischenkreisumrichters SZU und der angeschlossenen Asynchronmaschine ASM auf einfache Weise extern aufgebaut werden 35The device according to the invention has the particular advantage that it can be easily installed externally without interfering with the internal structure of the current intermediate circuit converter SZU and the connected asynchronous machine ASM 35
kann. Sie kann somit bei Bedarf einfach und schnell dann nachgerüstet werden, wenn sich auf der Anlage vor Ort herausstellen sollte, daß abhängig von den jeweiligen Netzverhältnissen durch Netzeinbrüche verursachte Wiederanläufe des Stromzwischenkreisumrichters SZU unerwünscht häufig auftreten. Im Gegensatz zu einer aufwendigen, umrichterinternen Lösung des Problems der schnellen Wiederherstellung des drehmomenterzeugenden Betriebszustandes z.B. mit Hilfe einer sogenannten "kinetischen Pufferung", d.h. dem Versuch der Erhaltung der Erregung der Asynchronmaschine nach einem Netzausfall, stellt die Erfindung eine einfache, externe, bei Bedarf problemlos nachrüstbare und dennoch wirkungsvolle Vorrichtung dar, mit der die drehmomentlose Totzeit zwischen Netzeinbruch und Wiederanlauf häufig um mehr als die Hälfte verkürzt werden kann.It can therefore be retrofitted quickly and easily if necessary if it turns out on site that, depending on the respective network conditions, restarts of the current intermediate circuit converter SZU caused by network interruptions occur undesirably frequently. In contrast to a complex, converter-internal solution to the problem of quickly restoring the torque-generating operating state, e.g. with the help of so-called "kinetic buffering", i.e. the attempt to maintain the excitation of the asynchronous machine after a network failure, the invention represents a simple, external device that can be easily retrofitted if necessary and is nevertheless effective, with which the torque-free dead time between network interruption and restart can often be reduced by more than half.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE9110336U DE9110336U1 (en) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | Device for quickly restoring the torque-generating operating state of a converter-fed asynchronous machine after a short-term power failure |
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| DE9110336U1 true DE9110336U1 (en) | 1992-08-27 |
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ID=6870459
Family Applications (1)
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| DE9110336U Expired - Lifetime DE9110336U1 (en) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | Device for quickly restoring the torque-generating operating state of a converter-fed asynchronous machine after a short-term power failure |
Country Status (1)
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| DE (1) | DE9110336U1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4642546A (en) * | 1983-11-21 | 1987-02-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus for operating a load supplied via an intermediate-link converter, especially an asynchronous machine, in the event of a network disturbance |
-
1991
- 1991-08-21 DE DE9110336U patent/DE9110336U1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4642546A (en) * | 1983-11-21 | 1987-02-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus for operating a load supplied via an intermediate-link converter, especially an asynchronous machine, in the event of a network disturbance |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| BACHMANN, Peter: Die untersynchrone Stromrichter- kaskade. In: Firmenschrift des Bereichs Energie und Automatisierungstechnik d.Fa. Siemens, Nr. A19100-E319-A365-V1, S.46-48 * |
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