SE445598B - Skyddsanordning for en styrbar vexelriktare i en frekvensomformare - Google Patents

Description

8ÛÛ4214-6 2 Spänningsförloppen i växelriktaren är beroende av mellankrets- strömmen, maskinspänningens och omformarfrekvensens storlek och den anslutna maskinens effektfaktor. Växelriktartyristorernas spärrspänning bestämmes av kommuteringskondensatorernas spänning. I spärrat tillstånd adderas kondensatorspänning och maskinens klämspänning vid blockdioderna. Deras spärrspännings- belastning kan således beroende av effektfaktorn stiga upp till dubbla kondensator- resp. tyristorspänningen. Vid märkdrift rör sig kondensatorspänningen t.ex. vid 380 V motorspänning i ett område omkring :B00 V så, att i växelriktaren och speciellt vid blockdioderna driftsmässigt uppträder tämligen höga spärrspänningar, vilka är störst i generatorisk drift. Uppkommer fel utbildas dynamiska spänningstoppar som överlagras den driftsmässiga spänningen och eventuellt överskrider halvledarventilernas spärrförmåga. Såsom störningar vid omformarens drift, som kan resultera i att blockdioderna äventyras, uppträder i huvudsak strömavbrott i det matande nätet (1-3-fasiga avbrott) och utlösning av de (nätsidiga) omformarsäkringarna.

Uppkommer under drift ett matarspänningsavbrott så brytes strömmen i omformaren. Vid induktanserna (mellankretsinduktans, läckinduktanser vid ansluten asynkronmaskin) uppkommer som följd av strömändringen (-did/dt) en induktionsspänning.

Denna spänning faller över avbrottsställets ljusbåge, vilken absorberar induktansernas magasinerade energi, d v s brytar- kontakterna utsättes för kraftig påfrestning. Den i läckinduk- tanserna inducerade spänningen uppträder även vid de parallellt därmed anordnade komponenterna. Eftersom halvledarna belastas i spärriktning uppdelas den inducerade spänningen på basis av kapacitetsförhållandena i strömkretsen. Blockdioderna upptar på grund av sin ringa sammankopplingskapacitet nästan hela - induktionsspänningen varför den tillåtna spärrspänningen kan överskridas. Denna risk föreligger speciellt i generatorisk drift med en asynkronmaskin, eftersom den driftsmässiga blockdiodspänningen här på grund av motorspänningens fasläge redan i och för sig är mycket hög.

Ett fel med liknande förutsättningar som strömavbrott är ut- lösning av de (nätsidiga) omformarsäkringarna. Detta slags 8004214-6 störning är ännu mera kritiskt för spänningsbelastningen i växelriktaren, eftersom omformaren vid utlösningstidpunkten leder en ström, som är flera gånger större än märkströmmen.

Detta kan uppträda vid plötslig belastning av asynkronmaskinen innan reglatorn hinner kompensera belastningsändringen.

Uppfinningen har till uppgift att vid en skyddsanordning av det inledningsvis omnämnda slaget undvika skador på halv- ledarelementen vid sammanbrott av nätspänningen.

Denna uppgift löses genom uppfinningen i enlighet med de i patentkravet l upptagna kännetecknen.

På fördelaktigt sätt förebyggas skador på halvledarelementen _ genom att för den i omformaren magasinerade magnetiska energin erbjudes en utjämningsströmsträcka. På grund av skyddsströmkretsen uppträder vid fel på induktanserna endast ett ringa -did/dt, varigenom halvledarelementens spännings- belastning minskas väsentligt och risken för totalskador kan elimineras. Samtidigt försvagas emellertid även säkrings- ljusbågen om omformarsäkringarna utlöses. En möjlighet att åstadkomma utjämningsströmvägen erbjuder en extra tyristor som är anordnad parallellt med nätlikriktarens utgång. Denna tyristor utstyres i störningsfall och övertar omformarinduk- tansernas utjämningsström.

En annan möjlighet att bilda utjämningsströmvägen i omformaren är samtidig styrning av tvâ tyristorer i nätlikriktaren.

Det är fördelaktigt att i den medelst parallellt med nätlik- riktaren anordnade tyristorn inkopplade strömkretsen anordna ett strömbegränsningsmotstånd, som begränsar utjämnings- strömmens amplitud till ett tillåtet värde och omsätter magasinerad energi i värme. Eftersom motståndet endast inkopplas i fall en störning föreligger beror dess förlust- effekt endast på den i utjämningsströmkretsen omvandlade energin, d v s man kan använda ett motstånd med mindre effekt. soo4214+6 Motståndets R dimensionering sker enligt formeln : R=99 Idmax Nätlikriktarens utgångsspänning Uo bestämmas av spärrförmågan hos nätlikriktarens tyristorer. Iamax är den maximala mellan- kretsströmmen som fortfarande kan kommuteras utan att växel- riktartyristorernas maximalt tillåtna spärrspänning uppnås. Åstadkommes utjämningsströmvägen via två tyristorer av nät- likriktaren, kommer man i regel inte att anordna något _strömbegränsningsmotständ. På grund av saknat motstånd uppträder vid denna kopplingsvariant i fall av störningar en hög utjämningsströmamplitud som uppgår till flera gånger märkströmvärdet. Därför är det mycket viktigt att samtidigt med de båda tyristorernas tändning inledes en spärrning av växelriktartändimpulserna, för att förhindra kommutering av denna höga ström. Dessutom måste man vid denna koppling se till att tyristorernas stötströmgränsvärde inte överskrides av utjämningsströmmen. Denna skyddsåtgärd är således på sin plats vid lägre effekter.

För optimal funktion av skyddsanordningen är det erforderligt att så snabbt som möjligt tända utjämningsströmvägen efter det att ett fel uppkommit, för att hålla komponenternas spännings- och ljusbågsbelastning nere.

Samtidigt med att utjämningsströmvägens tyristor resp. tyristorer tändes, -inledes en tändimpulsspärr för lik- och växelriktartyristorerna samt en regleringsspärr och en störningsindikering, som frånkopplar omformaren. Spärrningen av växelriktarens tändimpulser förhindrar ytterligare kommuteringar, så att kondensatoröverladdningar genom eventuellt för hög mellankretsström och därmed skador på växelriktar- tyristorerna undvikes. För att vid avbrott blott i en fas eller vid återvändande nätspänning förhindra kortslutning över växelriktaren sker även en spärrning av likriktartänd- impulserna.

Fördelaktiga vidareutvecklingar av uppfinningen, vilka i delvis redan förklarats ovan, kännetecknas i underkraven. 5 8004214-6 Uppfinningen skall nu närmare förklaras i anslutning till ett på bifogade ritning återgivet utföringsexempel.

Ritningsfiguren visar ett principkopplingsschema för en frekvensomformare, vilken bildas av en nätlikriktare Vl med styrbara tyristorer Vll till V16, en likströmsmellankrets med en mellankretsinduktans L, som gör strömmen Id belastningsoberoende, och växelriktaren V2. Växelriktaren V2 uppvisar huvudtyristorer V21 till V26. För kommutering i fasföljdsläckningen är kommuteringskondensatorer Cl till C6 via blockdioder V27 till V32 kopplade mellan växelriktarens V2 växelströmsfas- utgångar. Växelriktaren V2 matar en trefasasynkronmaskin M med läckinduktanser Lev. Nätlikriktaren Vl är via omformar- säkringar Fl till F3 ansluten till det matande nätet R, S, T._Vid den via en nätkontaktor K frånkopplingsbara nätlikriktarens V1 utgång föreligger mellankretsspänningen Uo.

Nätlikriktarens Vl utgång är överbryggad av en tyristor V3, seriekopplad med ett strömbegränsningsmotstånd É, så att för den i omformaren magasinerade magnetiska energin bildas en utjämningsströmväg via dessa båda kopplingselement. Tyristorn V3 tillföres tändimpulser från en anordning E så snart nämnda anordning E konstaterar otillåtet höga spänningar vid kommuteringskondensatorerna Cl till C6. Detta konstaterande kan exempelvis på fördelaktigt sätt ske genom att medelst anordníngcn E avkännes avbrott i en eller flera faser av nätet R, S, T och/eller utlösning av omformarsäkringarna Fl till F3.

'Vid lägre omformareffekter rekommenderas att i stället för tyristorn V3 med strömbegränsningsmotstândet R använda tvâ av nätlikriktarens l tyristorer, således t ex tyristorerna Vll och V12 att bilda utjämningsströmvägen. Såsom antytts med streckade linjer förbindes för detta ändamål dessa båda tyristorers Vll och Vl2 styrelektroder - förutom förbindnings- punkten av nätlikriktarens (här icke återgivna) tändstyrdon - med anordningen E. Tyristorerna Vll och V12 tändes då av anordningen ll om skador på halvledarna på grund av över- spänningar hotar. Samtidigt sker spärrning av de driftsmässiga tändimpulserna för växelriktaren och nätlikriktaren.

Claims (6)

sno4214-6 6 PATENTKRAV

1. Skyddsanordning för en styrbar växelriktare i en frekvensomformare, som uppvisar en nätlikriktare (V1), en mellankrets med lastoberoende likström och en växelriktare (V2), och där mellan växelriktarens växelströmsanslutningar anslutits kommuteringskondensatorer (Cl - C6) medelst blockdioder, k ä n n e t e c k n a d därav, att nätlikriktarens (V1) ut- gång är överbryggbar medelst en eller flera tyristorer (V3; V11, V12) och att tyristorns (V3) resp. tyristorernas (V11, V12) styrelektrod resp. -elektroder är förbundna med en anordning (E), anordnad att avge tändimpulser om otillåtet höga spän- ningar uppträder vid kommuteringskondensatorerna (Cl - C6).

2. Skyddsanordning enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a d därav, att i serie med tyristorn (V3) är kopplat ett strömbegränsningsmotstånd (R).

3. Skyddsanordning enligt patentkrav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att samtidigt med tyristorns (V3) resp. tyristorernas (V11, V12) tändning spärras fortsatta tändimpulser för den styrbara nätlikriktaren (V1) och växel- riktaren (V2).

4. Skyddsanordning enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att samtidigt med tyristorns (V3) resp. tyristorernas (V11, V12) tändning är anordnad en regleringsspärr och en störningsindikering, avsedd att från- koppla omformaren.

5. Skyddsanordning enligt något eller några av patentkraven 1 - 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att uppkomst av otillâtet höga spänningar vid kommuterings- kondensatorerna (Cl - C6) konstateras av en övervaknings- anordning, som kontrollerar avbrott i en eller flera nätfaser (R, S, T) eller utlösning av omformarens nätsäkringar (F1 - F3). 7 8004214-6

6. Skyddsanordning enligt patentkrav l, k ä n n e - t e. c k n a d därav, att om en ström uppträder, som skulle framkalla otillåten hög spänning vid kommuteringskondensatorerna, växelriktarens (V2) tändimpulsex' spärras, likriktaren (Vl) omstyres till växelriktardrift och tyristorn (V3) tändes.