DE102004023304A1

DE102004023304A1 - Control method for rectifier e.g. connected to AC voltage network, involves connecting network diodes in parallel in circuit with electronically controlled switch

Info

Publication number: DE102004023304A1
Application number: DE200410023304
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr.-Ing. Sack
Original assignee: Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2024-05-12
Also published as: DE102004023304B4

Abstract

A control method for a rectifier (4) connected to an AC voltage network and the diodes (D1-D6) are connected electrically parallel to an electronically controlled switch (T1-T6). The load current (IAUX) is calculated so it is greater than specified limits. The load current is calculated so that the equation (I) is satisfied: IAUX more than 2.IFLH - (I) where IFLH is the threshold input current of transmission diode. An independent claim is included for a circuit arrangement for rectifier connected to AC voltage network.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerverfahren und eine Schaltungsanordnung für einen an einem Wechselspannungsnetz liegenden Gleichrichter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und Anspruchs 2.The The invention relates to a control method and a circuit arrangement for one on a AC mains rectifier according to the preamble of claim 1 and claim 2.

In der Antriebstechnik besteht vielfach die Forderung nach einem sehr einfach aufgebauten, netzgeführten, ungesteuerten Gleichrichter zur Speisung eines Gleichspannungszwischenkreises eines Antriebsumrichters aus einem Dreiphasennetz, wobei die Forderung, dem Netz einen möglichst sinusförmigen Strom zu entnehmen bzw. zuzuführen, nicht von Bedeutung ist. Da der Umrichter den mit variabler Dreiphasenspannung und variabler Frequenz versorgten Drehstrommotor nicht nur treiben, sondern auch bremsen soll, muss jedoch ein Stromfluss in beiden Richtungen möglich sein.In The drive technology is often the demand for a very simply constructed, net-guided, uncontrolled rectifier for feeding a DC voltage intermediate circuit a drive converter from a three-phase network, the requirement the net one possible sinusoidal To remove or supply electricity is not important. Since the inverter is the variable three-phase voltage and variable frequency powered three-phase motor not only drive, but also braking, but must have a current flow in both Directions possible be.

Beim Bremsbetrieb fließt Energie vom Motor über den lastseitigen Wechselrichter in den Gleichstromzwischenkreis und von dort ins Netz. Dies ist bei ungesteuerten Gleichrichtern, die nur Dioden enthalten, nicht möglich. Deshalb müssen in Antriebsumrichtern mit Diodenbrücken im Netzeingang elektronisch schaltbare Bremswiderstände angeordnet sein, die die anfallende Bremsenergie in Wärme umsetzen.At the Braking operation flows Energy from the engine over the load-side inverter in the DC link and from there to the net. This is with uncontrolled rectifiers, which contain only diodes, not possible. Therefore, in Drive inverters with diode bridges arranged electronically switchable braking resistors in the mains input be that convert the resulting braking energy into heat.

Soll die Bremsenergie jedoch in das speisende Netz zurückgespeist werden, kann anstelle des Gleichrichters ein selbstgeführter Pulsstromrichter mit abschaltbaren Halbleiterschaltern, insbesondere Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT), vorgesehen sein. Dieser selbstgeführte Pulsstromrichter kann als Gleichrichter oder als Wechselrichter betrieben werden. Deshalb wird dieser selbstgeführte Pulsstromrichter auch als selbstgeführte, gepulste Einspeise-Rückspeise-Ein heit bzw. als Aktive-Front-End (AFE) bezeichnet. Der Netzstrom ist durch die Verwendung eines Aktive-Front-End nahezu sinusförmig, d.h., die Netzrückwirkungen sind minimal.Should however, the braking energy is fed back into the feeding network can, instead of the rectifier, a self-commutated pulse-controlled converter with switchable semiconductor switches, in particular insulated gate bipolar transistors (IGBT), be provided. This self-commutated pulse-controlled converter can be operated as a rectifier or as an inverter. Therefore becomes this self-commutated pulse-controlled inverter also as self-directed, pulsed feed-feedback unit or Active Front End (AFE). The mains power is through the use of an active front-end nearly sinusoidal, i. the network reactions are minimal.

Gegenüber der ungeregelten Einspeiseeinheit ist die Zwischenkreisspannung mittels der selbstgeführten, gepulsten Einspeise-Rückspeise-Einheit regelbar. Der Nachteil sind die hohen Kosten und der hohe Aufwand. Wenn hohe Anforderungen bezüglich Netzrückwirkungen gestellt werden oder wenn eine hohe Bremsleistung anfällt, bleibt einem nichts anders übrig, eine derartige Einspeise-Rückspeise-Einheit zu verwenden, auch wenn keine geregelte Zwischenkreisspannung benötigt wird.Opposite the unregulated supply unit is the DC link voltage means the self-directed, pulsed feed-feedback unit adjustable. The disadvantage is the high cost and the high cost. If high Requirements regarding network perturbations be set or if a high braking power is generated remains no matter what, such a feed-and-feed unit to use, even if no regulated DC link voltage is needed.

Aus der DE 35 39 027 A1 ist eine weitere Ausführungsform eines Antriebsumrichters bekannt, der netzseitig einen ungesteuerten Gleichrichter aufweist, der für jede Spannungsphase zwei elektrisch in Reihe geschaltete Dioden mit hierzu parallel geschalteten elektronisch steuerbaren Schalter aufweist. Außerdem weist dieser Antriebsumrichter einen Hilfsgleichrichter auf, der gleichspannungsseitig mit einem hochohmigen Bürdenwiderstand abgeschlossen ist und in Reihe zu jeder seiner Hilfsdioden einen zur Ansteuerung eines elektronisch steuerbaren Schalters dienenden Stromsensor, insbesondere ein Optokoppler mit nachgeschaltetem Verstärker, aufweist. Mittels diesem Hilfsgleichrichter werden derart Steuersignale generiert, dass jeder elektronisch steuerbare Schalter synchron zu den Leitphasen der zugeordneten netzgeführten Dioden eingeschaltet wird. Dadurch wird der Gleichrichter des Antriebsumrichters bidirektional für beide Stromrichtungen leitend und ist trotzdem vom netzgeführten, ungesteuerten Typ. Der Vorteil dieses Antriebsumrichters liegt darin, dass der Gleichrichter keine aufwendige Steuer- und Regelelektronik benötigt. Obwohl der Gleichrichter mit abschaltbaren Ventilen arbeitet, ist die Gleichspannung so hoch wie bei einem ungesteuerten Gleichrichter. Die abschaltbaren Ventile schalten nur mit Netzfrequenz und nach dem Abschalten steigt an ihnen die Spannung nur langsam an, so dass auch abschaltbare Thyristoren als elektronisch steuerbare Schalter geeignet sind.From the DE 35 39 027 A1 a further embodiment of a drive converter is known, the network side has an uncontrolled rectifier having two electrically connected in series diodes connected thereto in parallel with each electronically controllable switch for each voltage phase. In addition, this drive converter has an auxiliary rectifier, which is terminated on the DC side with a high-impedance load resistor and in series with each of its auxiliary diodes serving to control an electronically controllable switch current sensor, in particular an optocoupler with a downstream amplifier having. By means of this auxiliary rectifier control signals are generated so that each electronically controllable switch is turned on synchronously to the conducting phases of the associated mains-driven diodes. As a result, the rectifier of the drive converter becomes bidirectional for both current directions and is nevertheless of the line-driven, uncontrolled type. The advantage of this drive inverter is that the rectifier requires no complex control electronics. Although the rectifier works with turn-off valves, the DC voltage is as high as an uncontrolled rectifier. The turn-off valves only switch with mains frequency and after switching off the voltage rises only slowly, so that turn-off thyristors are also suitable as electronically controllable switches.

Aus der Veröffentlichung "Fundamental Frequency Front End Converter (F³E) – a DC-link drive converter without electrolytic capacitor" von Kurt Göpfrich, Dr. Carsten Rebbereh und Dr. Lothar Sack, PCIM 2003, Nürnberg, Mai 2003, ist ein Antriebsumrichter bekannt, der netzseitig einen ungesteuerten Gleichrichter und lastseitig einen selbstgeführten Pulsstromrichter aufweist. Beide Stromrichter sind gleichspannungsseitig direkt elektrisch parallel geschaltet. D.h., im sogenannten Gleichspannungszwischenkreis ist weder ein Zwischenkreiskondensator noch eine Zwischenkreisdrossel angeordnet. Jeder Diode des netzseitigen Gleichrichters ist ein elektronisch steuerbarer Schalter, insbesondere ein Insulated-Gate-Bipolar-Transistor (IGBT), elektrisch parallel geschaltet. Zwischen den Netzanschlüssen und den Eingangs-Anschlüssen des netzseitigen Stromrichters ist ein Filterkreis, bestehend aus Filterdrosseln und Filterkondensatoren, angeordnet. Für die Generierung von Steuersignalen für diese elektronisch steuerbaren Schalter ist eine Komparatorschaltung vorgesehen, die eingangsseitig mit dem speisenden Netz verknüpft ist. Diese Komparatorschaltung und deren Funktion sind in der DE 199 13 634 A1 ausführlich behandelt, so dass an dieser Stelle auf eine nähere Erläuterung verzichtet wird.From the publication "Fundamental Frequency Front End Converter (F ³ E) - a DC-link drive converter without electrolytic capacitor" by Kurt Göpfrich, Dr. med. Carsten Rebbereh and dr. Lothar Sack, PCIM 2003, Nuremberg, May 2003, a drive converter is known, the network side has an uncontrolled rectifier and the load side a self-commutated pulse converter. Both converters are connected directly in parallel on the DC side. That is, in the so-called DC voltage intermediate circuit, neither a DC link capacitor nor a DC reactor is arranged. Each diode of the network-side rectifier is an electronically controllable switch, in particular an insulated gate bipolar transistor (IGBT), electrically connected in parallel. Between the network connections and the input terminals of the network-side converter, a filter circuit consisting of filter chokes and filter capacitors is arranged. For the generation of control signals for these electronically controllable switches, a comparator circuit is provided which is linked on the input side to the feeding network. This comparator circuit and its function are in the DE 199 13 634 A1 treated in detail, so that is omitted at this point to a more detailed explanation.

Bei der Steuerung des netzgeführten Stromrichters des Antriebsumrichters nach der DE 35 39 027 A1 bzw. der PCIM-Veröffentlichung werden die netzseitigen Umschaltungen der elektronisch steuerbaren Schalter des ungesteuerten Gleichrichters nach dem allgemeinen Kriterium der Netzspannungen des speisenden Netzes durchgeführt. Der zwischen dem netzseitigen Stromrichter und dem lastseitigen Stromrichter fließende Gleichstrom bleibt dabei außer Betracht. Dieser Strom wird lastseitig eingeprägt und kann je nach Betriebszustand und Zeitpunkt positiv, negativ oder Null sein. Außerdem ist nicht sichergestellt, dass bei der Kommutierung des Stromes von ei ner Phase auf eine nachfolgende Phase der stromführende Schalter und der stromübernehmende Schalter zeitgleich schalten. Ursache dafür ist die Ermittlung des Nulldurchgangs der zugehörigen verketteten Spannung, die beispielsweise jeweils an einem Filterkondensator des eingangsseitigen Filterkreises ansteht, bzw. die Bestimmung des Zeitpunkts der natürlichen Kommutierung. Somit existieren mehrere Zustände, die bei der Kommutierung betriebsbedingt vorhanden sind. Beispielsweise verursacht ein verzögertes Einschalten eines stromübernehmenden Schalters bei der Kommutierung bei einem negativen Gleichstrom im Antriebsumrichter bei einer verketteten Spannung größer, gleich oder kleiner Null eine Störanregung des Gesamtsystems und führt zu Spannungsspitzen an den Filterkondensatoren und den elektronisch steuerbaren Schaltern. Diese auftretenden Überspannungen müssen bei der Dimensionierung des Antriebsumrichters berücksichtigt werden.When controlling the line-commutated converter of the drive inverter after the DE 35 39 027 A1 or the PCIM publication are the network-side switching the electronically controllable switch of the uncontrolled rectifier carried out according to the general criterion of the mains voltages of the supplying network. The DC current flowing between the network-side converter and the load-side converter remains out of consideration. This current is impressed on the load side and can be positive, negative or zero depending on the operating state and time. In addition, it is not ensured that switch in the commutation of the current from egg ner phase to a subsequent phase of the current-carrying switch and the current-carrying switch at the same time. The reason for this is the determination of the zero crossing of the associated concatenated voltage, which is present, for example, each at a filter capacitor of the input-side filter circuit, or the determination of the timing of the natural commutation. Thus, there are several states that exist during commutation due to the operation. For example, delayed switching on of a current-receiving switch during commutation at a negative direct current in the drive converter at a concatenated voltage greater than, equal to or less than zero causes a disturbance excitation of the entire system and leads to voltage spikes on the filter capacitors and the electronically controllable switches. These overvoltages must be taken into account when dimensioning the drive inverter.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, dass bekannte Steuerverfahren derart weiterzubilden, dass keine Spannungsspitzen mehr auftreten.Of the The invention is based on the object that known control method in such a way that no more voltage peaks occur.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is according to the invention with the characterizing features of claim 1 solved.

Dadurch, dass ein in einer Steuereinrichtung für die elektronisch steuerbaren Schalter des ungesteuerten Gleichrichters fließender Bürdenstrom derart bemessen wird, dass dieser größer des zweifachen Schwelleneingangsstroms einer Sendediode der als Stromsensor verwendeten Optokoppler ist, wird eine positive Überlappung der Schalthandlungen erreicht. D.h., dass ein stromübernehmender Schalter bereits eingeschaltet wird, während der stromführende Schalter der beiden an der Kommutierung beteiligten Schalter noch nicht abgeschaltet ist. D.h., während der Kommmutierung des Hilfsgleichrichters existiert ein Zeitbereich, währenddessen beide beteiligten Optokoppler einen Diodenstrom führen, der deren Schwelleneingangsströme überschritten hat. Während dieses Zeitbereiches, auch als positive Überlappung bezeichnet, sind gleichzeitig zwei aufeinanderfolgende elektronisch steuerbare Schalter des netzseitigen Gleichrichters des Antriebsumrichters eingeschaltet. Da dieser Zeitbereich sehr kurz ist, beispielsweise ein Bruchteil der Schwingungsperiode der Pulsfrequenz des lastseitigen Stromrichters des Antriebsumrichters, und die treibende verkettete Spannung im Nulldurchgang ist, ist die Amplitude eines auftretenden Kurzschlussstromes minimal, der ohne Bedenken von den Ventilen des netzseitigen Gleichrichters geführt werden kann. Durch diese erfindungsgemäß herbeigeführte Überlappung der Einschalthandlungen werden Stromunterbrechungen im Antriebsumrichter mit daraus folgenden Spannungsspitzen vermieden. Außerdem treten durch die Überlappung der Einschaltintervalle keine Umschaltverluste mehr auf.Thereby, that in a control device for the electronically controllable Switch of the uncontrolled rectifier flowing load current is dimensioned such that this larger of dual threshold input current of a transmitting diode as a current sensor used optocoupler, will be a positive overlap of switching operations reached. That is, a current-accepting switch already turned on while the current-carrying Switch the two switches involved in the commutation yet is not switched off. That is, while the commutation of the auxiliary rectifier exists a time range, Meanwhile Both involved optocouplers lead a diode current, the exceeded their threshold input currents Has. While This time range, also referred to as positive overlap, are simultaneously two consecutive electronically controllable switches of the line-side rectifier of the drive inverter is switched on. Since this time range is very short, for example, a fraction the oscillation period of the pulse frequency of the load-side converter of the drive inverter, and the driving chained voltage in the Zero crossing is the amplitude of a short circuit current occurring minimal, without concern from the valves of the mains side rectifier guided can be. By this inventively brought about overlap of Einschalthandlungen Power interruptions in the drive inverter with consequent Voltage peaks avoided. In addition, kick through the overlap the switch-on intervals no more switching losses.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Schaltungsanordnung für einen an einem Wechselspannungsnetz liegenden Gleichrichter sind die als Stromsensoren verwendeten Optokoppler des Hilfsgleichrichters nicht mehr in deren Brückenzweigen, sondern in seinen Netzzuleitungen derart angeordnet, dass deren Sendedioden antiparallel zueinander geschaltet sind. Dadurch schützen sich diese Sendedioden gegenseitig vor hohen Sperrspannungen. Somit sind keine zusätzlichen spannungsbegrenzenden Maßnahmen an den Optokopplern mehr erforderlich.at an advantageous embodiment the circuit arrangement for a lying on an AC voltage rectifier rectifier the optocouplers of the auxiliary rectifier used as current sensors no longer in their bridge branches, but arranged in its power supply lines such that their transmitter diodes are connected in anti-parallel to each other. This protects yourself these transmitting diodes mutually against high reverse voltages. Thus are No additional voltage-limiting measures more is required on the optocouplers.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung schematisch veranschaulicht ist.to closer explanation The invention is with reference to the drawing, in which an embodiment the circuit arrangement according to the invention is illustrated schematically.

1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines bekannten Antriebsumrichters ohne einen Spannungszwischenkreis, die 1 shows an equivalent circuit diagram of a known drive converter without a voltage link, the

2 zeigt ein Ersatzschaltbild einer bekannten Steuereinrichtung zur Generierung von Steuersignalen für die elektronisch steuerbaren Schalter des Gleichrichters eines bekannten Antriebsumrichters, in der 2 shows an equivalent circuit diagram of a known control device for generating control signals for the electronically controllable switch of the rectifier of a known drive converter, in the

3 sind in einem Diagramm über der Zeit t die Netzspannungen des speisenden Netzes und eine erzeugte gleichgerichtete Gleichrichterspannung dargestellt, in der 3 are shown in a diagram over the time t the mains voltages of the feeding network and a generated rectified rectifier voltage, in the

4 sind jeweils in einem Diagram über der Zeit t die Steuersignale der elektronisch steuerbaren Schalter des Gleichrichters eines bekannten Antriebsumrichters dargestellt, die 4 are each shown in a diagram over the time t, the control signals of the electronically controllable switch of the rectifier of a known drive converter, the

5 veranschaulicht in einem Diagramm über der Zeit t die Stromverläufe eines erfindungsgemäßen Kommutierungsvorgangs, während in der 5 FIG. 2 illustrates in a diagram over time t the current characteristics of a commutation process according to the invention, while in FIG

6 zugehörige Steuersignale jeweils in einem Diagram über der Zeit t dargestellt sind, und die 6 associated control signals are each shown in a diagram over the time t, and the

7 zeigt das Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung zur Generierung von Steuersignalen für die elektronisch steuerbaren Schalter des Gleichrichters des Antriebsumrichters nach 1. 7 shows the equivalent circuit diagram of a control device according to the invention for generating control signals for the electronically controllable switch of the rectifier of the drive according to 1 ,

In der 1 ist ein Ersatzschaltbild eines Antriebsumrichters 2 dargestellt, der aus der PCIM-Veröffentlichung bekannt ist. Dieser bekannte Antriebsumrichter 2 weist netzseitig einen Gleichrichter 4 und lastseitig einen selbstgeführten Pulsstromrichter auf. Der Gleichrichter 4 und der lastseitige selbstgeführte Pulsstromrichter 6 sind gleichspannungsseitig direkt miteinander mittels einer positiven und einer negativen Stromschiene 8 und 10 elektrisch leitend verbunden. Im Gleichspannungs-Zwischenkreis sind somit keine Zwischenkreisdrossel und Zwischenkreiskondensator mehr vorhanden. Zwischen den Anschlüssen U, V, W eines nicht näher dargestellten Netzes und den wechselspannungsseitigen Eingangs-Anschlüssen 12, 14 und 16 des Gleichrichters 4 ist ein Filterkreis 18 angeordnet. Dieser Filterkreis 18 weist Filterdrosseln L_F und Filterkondensatoren C_F auf, wobei diese Filterdrosseln L_F jeweils in einer Netzzuleitung und die Filterkondensatoren C_F in Dreieck geschaltet sind. Der netzseitige Stromrichter 4 weist für jede Spannungsphase zwei elektrisch in Reihe geschaltete Dioden D1, D2; D3, D4 und D5, D6 auf, die derart elektrisch verschaltet sind, dass eine dreiphasige Gleich richterbrückenschaltung entsteht. Elektrisch parallel zu jeder Diode D1,...,D6 dieses Gleichrichters 4 ist jeweils ein elektronisch steuerbarer Schalter T1,...,T6 geschaltet. Als elektronisch steuerbarer Schalter T1,...,T6 sind abschaltbare Halbleiterschalter, insbesondere IGBTs, vorgesehen.In the 1 is an equivalent circuit diagram of a drive inverter 2 shown in the PCIM publication. This known drive converter 2 has a rectifier on the mains side 4 and on the load side, a self-commutated pulse-controlled converter. The rectifier 4 and the load-side self-commutated pulse-controlled converter 6 are direct voltage side by side with each other by means of a positive and a negative busbar 8th and 10 electrically connected. In DC-DC link thus no intermediate circuit and DC link capacitor are no longer available. Between the terminals U, V, W of a network, not shown, and the AC-side input terminals 12 . 14 and 16 of the rectifier 4 is a filter circuit 18 arranged. This filter circuit 18 has filter inductors L _F and filter capacitors C _F , wherein these filter inductors L _{F are} each connected in a network supply line and the filter capacitors C _F in delta. The mains side converter 4 has two diodes D1, D2 connected in series for each voltage phase; D3, D4 and D5, D6, which are electrically connected so that a three-phase rectifier bridge circuit is formed. Electrically parallel to each diode D1, ..., D6 of this rectifier 4 is in each case an electronically controllable switch T1, ..., T6 connected. As an electronically controllable switch T1, ..., T6 switchable semiconductor switches, in particular IGBTs are provided.

Diese elektronisch steuerbaren Schalter sind mit ihren Steueranschlüssen gemäß der PCIM-Veröffentlichung mit einer Steuereinrichtung verknüpft. Da diese Steuereinrichtung vorwiegend aus Komparatoren aufgebaut ist, wird diese als Komparatorschaltung bezeichnet. Der genaue Aufbau dieser Komparatorschaltung ist der DE 199 13 634 A1 entnehmbar.These electronically controllable switches are associated with their control terminals according to the PCIM publication with a control device. Since this control device is composed mainly of comparators, this is referred to as a comparator circuit. The exact structure of this comparator circuit is the DE 199 13 634 A1 removable.

Die 2 zeigt ein Ersatzschaltbild einer weiteren Steuerschaltung 20, die aus der DE 35 39 027 A1 bereits bekannt ist. Diese Steuerschaltung 20 weist einen Hilfsgleichrichter 22 auf, der gleichspannungsseitig mit einem hochohmigen Bürdenwiderstand R_B abgeschlossen ist. Die Eingänge 24, 26 und 28 des Hilfsgleichrichters 22 sind mit den Anschlüssen U, V und W eines nicht näher dargestellten speisenden Netzes elektrisch leitend verbunden. Dieser Hilfsgleichrichter 22 besteht aus sechs Hilfsdioden D7, D8, D9, D10, D11 und D12 die in allgemein bekannter Drehstrombrückenschaltung verschaltet sind. Zwischen jeder Hilfsdiode D7,...,D12 und einem zugeordneten gleichspannungsseitigen Anschluss 30 bzw. 32 des Hilfsgleichrichters 22 ist als Stromsensor ein Optokoppler 34, 36, 38, 40, 42 und 44 mit einer Sendediode geschaltet. Der jedem Optokoppler 34,...,44 eigene, von der zugehörigen Sendediode angesteuerter Fototransistor ist mit einem jeweils nachgeschalteten Verstärker 46, 48, 50, 52, 54 und 56 verknüpft. Die Verstärker 46,...,56 generieren dabei in Abhängigkeit der lichtemittierenden Sendediode jeweils ein Einschaltsignal S_T1, S_T2, S_T3, S_T4, S_T5 und S_T6 für die elektronisch steuerbaren Schalter T1 bis T6 des Gleichrichters 4 des Antriebsumrichters 2 nach der 1. Diese Steuersignale S_T1,...,S_T6 stehen jeweils an korrespondierenden Steueranschlüssen G_Ti, G_T2, G_T3, S_T4, S_T5 und G_T6 an. Diese Steuersignale S_T1 bis S_T6 sind je weils in einem Diagramm der 4 über der Zeit t dargestellt.The 2 shows an equivalent circuit diagram of another control circuit 20 coming from the DE 35 39 027 A1 already known. This control circuit 20 has an auxiliary rectifier 22 on, the DC side is completed with a high-impedance load resistor R _B. The inputs 24 . 26 and 28 of the auxiliary rectifier 22 are electrically connected to the terminals U, V and W of a non-illustrated feeding network. This auxiliary rectifier 22 consists of six auxiliary diodes D7, D8, D9, D10, D11 and D12 which are connected in well-known three-phase bridge circuit. Between each auxiliary diode D7, ..., D12 and an associated DC side connection 30 respectively. 32 of the auxiliary rectifier 22 is a current sensor as an optocoupler 34 . 36 . 38 . 40 . 42 and 44 connected with a transmitter diode. The each optocoupler 34 , ..., 44 own, controlled by the associated transmitting diode phototransistor is connected to a respective downstream amplifier 46 . 48 . 50 . 52 . 54 and 56 connected. The amplifiers 46 , ..., 56 generate in each case a turn-on signal S _T1 , S _T2 , S _T3 , S _T4 , S _T5 and S _T6 for the electronically controllable switches T1 to T6 of the rectifier as a function of the light-emitting transmitting diode 4 of the drive inverter 2 after 1 , These control signals S _T1 ,..., S _T6 are respectively applied to corresponding control terminals G _Ti , G _T2 , G _T3 , S _T4 , S _T5 and G _T6 . These control signals S _T1 to S _T6 are each Weil in a diagram of 4 shown over time t.

Der ohmsche Widerstandswert des Bürdenwiderstandes R_B ist gemäß der DE 35 39 027 A1 so bemessen, dass der sich im Leitzustand der Hilfsdioden D7 bis D12 einstellende Bürdenstrom I_aux einen für die Sendedioden der Optokoppler 34,...,44 geeigneten kleinen Wert erreicht (z.B. 10mA).The ohmic resistance of the load resistor R _B is in accordance with DE 35 39 027 A1 such that the load current I _aux that sets in the conducting state of the auxiliary diodes D7 to D12 is a value for the transmitting diodes of the optocouplers 34 , ..., 44 suitable small value reached (eg 10mA).

Die Phasenspannungen U_U, U_V und U_W des speisenden Netzes sind in der 3 in einem Diagramm über der Zeit t dargestellt. Dieser Darstellung kann entnommen werden, dass zu den Zeitpunkten t1 bis t6 jeweils ein Schnittpunkt K1,...,K6 zweier Phasenspannungen auftreten. Diese Schnittpunkte K1,...,K6 sind die natürlichen Kommutierungszeitpunkte eines ungesteuerten Gleichrichters. Eine vom Gleichrichter 4 erzeugte Gleichspannung u_ZK ist ebenfalls im Diagramm der 3 über der Zeit t dargestellt. Zu diesen Zeitpunkten t1,...,t6 geht jeweils eine zu den zwei beteiligten Phasenspannungen U_W, U_U; U_V, U_W; U_U, U_V; U_W, U_U; U_V, U_W und U_U, U_V korrespondierende verkettete Spannungen durch Null. D.h., diese verkettete Spannung wechselt das Vorzeichen. Diese verketteten Spannungen sind an den Filterkondensatoren C_F des Filterkreises 18 des Antriebsumrichters 2 nach 1 abnehmbar.The phase voltages U _U , U _V and U _{W of} the feeding network are in the 3 shown in a diagram over time t. It can be seen from this representation that at the times t1 to t6, an intersection K1,..., K6 of two phase voltages respectively occurs. These intersections K1, ..., K6 are the natural commutation times of an uncontrolled rectifier. One from the rectifier 4 generated DC voltage u _ZK is also in the diagram of 3 shown over time t. At these points in time t1, ..., t6, one of the two phase voltages U _W , U _U involved in each case passes. U _V , U _W ; U _U , U _V ; U _W , U _U ; U _V , U _W and U _U , U _V corresponding chained voltages through zero. That is, this chained voltage changes the sign. These chained voltages are at the filter capacitors C _{F of} the filter circuit 18 of the drive inverter 2 to 1 removable.

In der 5 sind die Stromverläufe eines Kommutierungsvorgangs nach der Erfindung in einem Diagramm über der Zeit t veranschaulicht. Erfindungsgemäß ist der Bürdenstrom I_aux derart bemessen, dass dessen Amplitude größer ist als die zweifache Amplitude eines Schwelleneingangsstromes I_FLH einer Sendediode eines verwendeten Optokopplers 34,...,44. Dieser Wert des Schwelleneingangsstromes I_FLH ist den Datenblättern von Optokopplern entnehmbar und wird dort als threshold Input current low to high bezeichnet. Durch diese Wahl der Amplitude des Bürdenstromes I_aux ergibt sich während der Kommutierung des Hilfsgleichrichters 22 ein Zeitbereich T_OL, währenddessen beide beteiligten Optokoppler, beispielsweise Opto koppler 34 und 38 zweier benachbarter Phasen des Hilfsgleichrichters 22, jeweils einen Diodenstrom i_D7 und i_D9 führen, deren Amplituden größer der Amplitude des Schwelleneingangsstromes I_FLH sind. Die zugehörigen Steuersignale S_T1 und S_T3 der elektronisch steuerbaren Schalter T1 und T3 des netzseitigen Gleichrichters 4 des Antriebsumrichters 2 nach 1 sind jeweils in einem Diagramm der 6 über der Zeit t dargestellt. Da zum Zeitpunkt t₃₃ der Diodenstrom i_D9 den Schwelleneingangsstrom I_FLH übersteigt, wird die Sendediode des Optokopplers 38 leitend und emittiert Licht, so dass am Ausgang des zugehörigen Verstärkers 50 das Steuersignal S_T3 von low nach high wechselt. Da zu diesem Zeitaugenblick der Diodenstrom i_D7 den Schwelleneingangsstrom I_FLH noch nicht unterschritten hat, bleibt das Steuersignal S_T1 im High-Zustand. Erst zum Zeitpunkt t₃₁ wird dieser Schwelleneingangsstrom I_FLH unterschritten, so dass das Steuersignal S_T1 von high nach low wechselt, und damit der Kommutierungsvorgang abgeschlossen ist. Gegenüber der entsprechenden Schalthandlung gemäß 4, die mittels einer unterbrochenen Linie markiert ist, weist die Schalthandlung gemäß 6 nun eine positive Überlappung auf. Dieser Kommutierungsverlauf wird nur dadurch erzeugt, dass der Bürdenstrom I_aux erfindungsgemäß größer dem doppelten Schwelleneingangsstrom I_FLH ist.In the 5 the current waveforms of a commutation process according to the invention are illustrated in a diagram over time t. According to the invention, the load current I _{aux is} dimensioned such that its amplitude is greater than twice the amplitude of a threshold input current I _{FLH of} a transmitting diode of an opto-coupler used 34 , ..., 44 , This value of the threshold input current I _FLH can be taken from the data sheets of optocouplers and is referred to there as threshold input current low to high. This selection of the amplitude of the load current I _aux results during the commutation of the auxiliary rectifier 22 a time range T _OL , while both involved optocouplers, such as opto coupler 34 and 38 two adjacent phases of the auxiliary rectifier 22 , each lead a diode current i _D7 and i _D9 whose amplitudes are greater than the amplitude of the threshold _input current I _FLH . The associated control signals S _T1 and S _{T3 of} the electronically controllable switches T1 and T3 of the network-side rectifier 4 of the drive inverter 2 to 1 are each in a diagram of 6 shown over time t. Since at the time t _33, the diode current i _D9 exceeds the threshold input current I _FLH , the transmitting diode of the optocoupler 38 conductive and emits light, leaving at the output of the associated amplifier 50 the control signal S _{T3 changes} from low to high. Since the diode current i _D7 has not yet fallen below the threshold input current I _FLH at this time, the control signal S _T1 remains in the high state. Only at time t ₃₁ , this threshold _{input current} I _{FLH is exceeded} , so that the control signal S _{T1 changes} from high to low, and thus the commutation process is completed. Compared to the corresponding switching action according to 4 , which is marked by a broken line, indicates the switching action according to 6 now a positive overlap on. This commutation profile is generated only in that, according to the invention, the load current I _{aux is} greater than twice the threshold input current I _FLH .

Diese Bemessung des Bürdenstromes I_aux gewährleistet überlappende Schaltvorgänge, wodurch die Schaltvorgänge mit geringen Störanregungen für das Gesamtsystem verlaufen. D.h., Stromunterbrechungen mit daraus folgenden Spannungsspitzen werden vermieden.This dimensioning of the load current I _aux ensures overlapping switching operations, as a result of which the switching operations run with little disturbance excitations for the entire system. That is, power interruptions with consequent voltage spikes are avoided.

In der 7 ist ein Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 58 näher dargestellt. Diese Steuereinrichtung 58 unterscheidet sich von der Steuereinrichtung 20 gemäß 2 dadurch, dass die als Stromsensoren verwendeten Optokoppler 34,...,44 mit nachgeschalteten Verstärkern 46,...,56 nicht mehr in den Brückenzweigen des Hilfsgleichrichters 22, sondern in den Netzzuleitungen derart angeordnet sind, dass Sendedioden paarweise antiparallel geschaltet sind. Dadurch schützen sich die Sendedioden zweier Optokoppler 34, 36; 38, 40 und 42, 44 gegenseitig vor hohen Sperrspannungen, wodurch keine spannungsbegrenzenden Maßnahmen an den Optokopplerdioden mehr erforderlich sind.In the 7 is an equivalent circuit diagram of a control device according to the invention 58 shown in more detail. This control device 58 is different from the controller 20 according to 2 in that the optocouplers used as current sensors 34 , ..., 44 with downstream amplifiers 46 , ..., 56 no longer in the bridge branches of the auxiliary rectifier 22 but are arranged in the power supply lines such that transmitting diodes are connected in pairs antiparallel. This protects the transmitting diodes of two optocouplers 34 . 36 ; 38 . 40 and 42 . 44 mutually against high reverse voltages, whereby no voltage-limiting measures to the optocoupler diodes are more necessary.

Claims

Control method for a rectifier connected to an AC voltage network ( 4 ) whose diodes (D1, D2, D3, D4, D5, D6) are each electrically connected in parallel with an electronically controllable switch (T1, T2, T3, T4, T5, T6) whose switching operations are synchronous with the conducting phases of the associated, Mains-connected diodes (D1, ..., D6) in response to phase voltages (U _U , U _V , U _W ) of the AC voltage network and a generated load current (I _aux ) are generated, characterized in that the load current (I _aux ) such dimensions is that following equation: I aux > 2 · I FLH is satisfied with I _FLH = threshold input current of a transmitting diode.

Circuit arrangement for a rectifier connected to an AC voltage network ( 4 ) whose diodes (D1, D2, D3, D4, D5, D6) are each electrically connected in parallel with an electronically controllable switch (T1, T2, T3, T4, T5, T6), consisting of an auxiliary rectifier connected to the alternating voltage network (US Pat. 22 ), which is terminated on the DC side with a high-impedance load resistor (R _B ), and of several optocouplers ( 34 , ..., 44 ) with downstream amplifier ( 46 , ..., 56 ), characterized in that in each case two optocouplers ( 34 . 36 ; 38 . 40 ; 42 . 44 ) in a power supply line of the auxiliary rectifier ( 22 ) are arranged, that their transmitting diodes are connected in anti-parallel to each other.

Circuit arrangement according to Claim 2, characterized that is an insulated gate bipolar transistor as electronically controllable switch (T1, ..., T6) with parallel Diode (D1, ..., D6) is provided.

Circuit arrangement according to one of claims 2 or 3, characterized in that between AC voltage network and AC voltage side terminals ( 12 . 14 . 16 ) of the rectifier ( 4 ) a filter circuit consisting of filter chokes (L _F ) and filter capacitors (C _F ) ( 18 ) is arranged.

Circuit arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that the rectifier ( 4 ) on the voltage side with direct-voltage connections of a load-side converter ( 6 ) is linked.