DE2352447B2 - Anordnung zur speisung eines asynchronmotors ueber einen mit freilaufdioden versehenen wechselrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Speisung eines Asynchronmotors über einen mit Freilaufdioden versehenen Wechselrichter, der von den zwei Versorgungsleitungen dnes Gleichstrom-Zwischenkreises, der durch eine Drossel zur Kurzschlußstrombegrenzung in einer der Versorgungsleitungen in zwei Abschnitte, die Gleichstromversorgungsseite und die Wechselrichterseite unterteilt ist, mit Gleichstrom versorgt ist, mit einer aus einer Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes und ei nes Thyristors bestehenden, zwischen den Versorgungsleitungen angeordneten Spannungsbegrenzereinrichtung, deren Thyristor bei Überspannungen durch eine Steuereinrichtung zündbar ist und mit einer einzigen, allen Wechselrichterzwcigcn zugeordneten Thyristor-Löscheinrichtung auf der ^₀ Wechselriehterseite des Gleichstrom-Zwischenkreises.

FJei einer bekannten Anordnung dieser Art (»Elektronik». 1967, Heft 12, S. 369 bis 373) liegt die Spannungsbegrenzereinrichtung auf der Gleichstromversorgungsseite. Zum Zünden des Thyristors der Spannungsbegrenzungseinrichtung enthält die Steuereinrichtung eine Reihenschaltung aus einer Z-Diode und ι ■:■■·.·;.λ fhivschc-n Widerstand, wobei diese Reihenschaltung den einen Widerstand eines Spannungsteilers überbrückt und das Zündsignal für den Spannungsbegrenzungs-Thyristor am Widerstand dieser Reihenschaltung abgenommen wird. Zum Löschen dieses Spannungsbegrenzungs-Thyristors ist eine Löschschaltung vorgesehen, die aus einem L-C-Reihenschwingkreis besteht Zum Löschen der Thyristorer, des Wechselrichters ist eine Löscheinrichtung vorgesehen, die paarweise zu zündende Thyristoren in Brückenschaltung und einen Löschkondensator aufweist, der über eine Diode und eine Drosselspule bei jeder Löschung umgeladen wird, wobei abwechselnd die drei der positiven Halbwelle zugeordneten Thyristoren und die drei der negativen Halbwelle zugeordneten Thyristoren des Wechselrichters jeweils gleichzeitig gelöscht werden.

Bei dieser Anordnung ist zum Löschen der verschiedenen Thyristoren ein erheblicher Aufwand erforderlich. So benötigt man in den Löscheinrichtungen zwei verschiedene Löschschaltungen und vier Thyristoren. Solange eine Überspannung vorhanden ist, wird der Spannungsbegrenzungs-Thyristor durch den

L-C-Löschkreis wiederholt gezündet und gelöscht. Im gelöschtem Zustand des Spannungsbegrenzungs-Thynstors erfolgt daher nur eine geringere Dämpfung von Überspannungen, wie sie im Generatorbetrieb des Motors, ζ. B. beim Abschalten des Motors oder der die Zündimpulse für die Wechselrichter-Thyristoren liefernden Steuereinheit, auftreten können, mit der Gefahr, daß Dioden und Thyristoren zerstört werden.

Ferner ist eine Löschschaltung für Wechselrichter-Thyristoren bekannt, bei der mit Hilfe eines einzigen Lösch-Thyristors nach jedem sechsten Teil einer Periode des Wechselrichters ein Kurzschluß zwischen den beiden Versorgungsleitungen hergestellt wird (US-PS 35 59 034). Dieser jeweils nur kurzzeitige Kurzschluß kann sich auf der Gleichstromversorgungsseite nicht auswirken, da diese durch die Drosselspule praktisch gegenüber der Wechselrichterseite entkoppelt ist. Der Kurzschluß hat aber zur Folge, daß der Haltestrom in den gerade leitenden Thyristoren des Wechselrichters unter den Haltewert sinkt, so daß sie gelöscht werden. Für den Fall, daß erhebliche Blindströme zu erwarten sind, kann mit Hilfe einer Spule und eines Löschkondensators noch ein Gegenstrom durch die Wechselrichterzweige erzwungen werden, der mit Sicherheit das Löschen herbeiführt. Bei dieser bekannten Schaltung ist aber kein bei Überspannung einschaltbarer Belastungswiderstand vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art den Aufwand zu verringern.

Nach der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Thyristor- Löscheinrichtung nur einen einzigen Thyristor in einem Kurzschlußpfad zwischen den Versorgungsleitungen aufweist und die Spannungsbegrenzereinrichtung auf der Wechselrichterseite des Gleichstromzwischenkreises angeordnet ist.

Bei dieser Anordnung geht die Spannung an der Spannungsbegrenzereinrichtung nach jeder Zündung des Lösch-Thyristors auf Null zurück, mit der Folge, daF der Spannungsbegrenzungs-Thyristor ebenfalls gelöscht wird, ohne daß für ihn eine eigene Löschschaltung benötigt wird. Sollte dagegen in irgendeinem Zweig de; Wechselrichters während des Generatorbetriebes de; Motors eine Überspannung auftreten, wird diese sofor wieder durch das Zünden des Spannungsbegren/ungs Thyristors ;*ed;im|>ft. Dies gilt auch dann, wenn dei

Ljschihyristor während des Vorhandenseins einer Überspannung gezündet wird und nicht nur die Wechselrichter-Thyristoren, sondern auch den Spannungsbegrenzungs-Thyristor löscht. So.«nge der Löschtbyristor gezündet ist, ist die Überspannung ohnehin S kurzgeschlossen. Wenn der Löschthyristor dagegen durch einen eigenen L-C-Kreis wieder gelöscht wird, und die Überspannung noch vorhanden ist, kann der Spannungsbegrenzungs-Thyristor sofort wieder gezündet werden. Bei Zündung des Spannungsbegrenzungs-Thyristors bewirkt der in Reihe liegende Widerstand gleichzeitig eine Abbremsung des Motors und damit einen noch schnelleren Abbau einer im Generatorbetrieb entstehenden Überspannung.

Bei einer Anordnung, deren Steuereinrichtung eingangaseitig an dem Abgriff eines zwischen die Versorgungsleitungen geschalteten Spannungsteilers liegt, können der Spannungsteiler und alle mit Spannung zu versorgenden Teile der Steuereinrichtung auf der Wechselrich\erseite des Gleichstrom-Zwischenkreises zwischen den Versorgungsleitungen angeschlossen sein. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß immer dann, wenn am Spannungsteiler eine Überspannung gemessen wird, auch die Steuereinrichtung voll wirksam ist. Dies gilt auch dann, wenn die Gleichspannungsversorgung des Wechselrichters vom Netz abgeschaltet sein sollte. Dieser Wechselrichter hat daher eine hohe Sicherheit.

Sodann ist es günstig, wenn die Steuereinrichtung einen Zündimpulsgenerator aufweist, der bei Auftreten von Überspannungen einen längeren Zündimpuls oder eine Zündimpulsfolge über einen einstellbaren Zeitabschnitt abgibt. Dieser Zeiidbbüiüiil kann mehrere Wechselrichterperioden betragen. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Spannungsbegrenzungs-Thyristor noch nach Verschwinden der Überspannung und einer Löschung durch den Lösch-Thyristor nicht gelöscht bleibt, sondern sehr rasch wieder gezündet wird. Dadurch ist auch die Dämpfung entsprechend länger wirksam, und der Motor wird weiterhin und somit schneller abgebremst, selbst wenn die durch seinen Generatorbetrieb aufgrund einer plötzlichen Entlastung hervorgerufene Überspannung nach entsprechender Drehzahlabnahme verschwunden ist oder entsprechend der Drehzahl des Motors um den Ansprechwert des Zündimpulsgenerators schwingt. Die Folge ist, daß auch die Überspannung schneller verschwindet.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig 1 ein Prinzipschaltbild eines mehrphasigen Wechselrichters mit Einzelheiten zur Stromversorgung, Steuerung und Überwachung,

F i g. 2 den zeitlichen Verlauf einer Überspannung und

F i g. 3 eine Ausführungsform des Zündimpulsgenerators.

Die Stromversorgung des dreiphasigen Wechselrichters erfolgt über eine Dreiphasen-Gleichrichtereinheit 1 mit einem Ladekondensator 2. Ihr positiver Pol ist mit einem Zerhacker 3 und über eine Leitung 4 mit einem Löschkondensator 42 einer Thyristor-Löscheinrichtung 6 verbunden,die allen Zweigen eines Wechselrichters 19 zugeordnet ist.

Den Zerhacker 3 steuert ein Steuerstromkreis 5, der 6s teils mi; einein Signal, das dem im Wechselrichter fließenden Strom entspricht, sowie einem Spannungs-■<!L^Tnal sesneisi wird. Diese Signale werden über Leitungen 7, 8 und 9 abgenommen. Am Ausgang des Zerhackers 3 liegt ein in bezug auf die Ausgangsspannung in Sperrichtung gepolter Gleichrichter 10 im Nebenschluß. An den Pluspol des Ausgangs ist eine Filterdrosselspule 11 angeschlossen, die über einen ohmsehen Widerstand 12 an einem Filterkondensator 13 angeschlossen ist, dessen anderes Ende am Minuspol der Stromversorgung liegt Der Gleichrichter 10 dient dazu, den Strom weiter fließen zu lassen, wenn der Zerhacker ausgeschaltet ist. Der Widerstand 12 dient zum Messen des Ausgangsstroms des Zerhackers. In Reihe mit dem Filterkondensator 13 liegt ein Widerstand 14, zu dem eine Diode 15 parallel geschaltet ist. Im wesentlichen dient er dazu, Überspannungen zu dämpfen, sowie das Auftreten einer Schwingung zwischen der Belastung und der Stromversorgung des Wechselrichters zu verhindern.

Vom Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 12 und dem Widerstand 14 führt ein Kurzschlußstrombegrenzungswiderstand in Form einer Drosselspule 16 weg, die mit einer Sekundärwicklung 17 induktiv gekoppelt ist, deren eines Ende an der Zugangsseite der Drosselspule 16 und deren anderes Ende über einen Gleichrichter 18 am Minuspol der Stromversorgung angeschlossen ist. Diese Schaltung 17, 18 dient zur Energierückgewinnung der in der Drosselspule 16 bei Kommutierung (bzw. Löschung) gespeicherten magnetischen Energie. Das andere Ende der Drosselspule 16 ist an die eine Spannungsversorgungsleitung 20 des Wechselrichters 19 angeschlossen. Der Wechselrichter besteht in dem dargestellten Fall aus drei parallelgeschaiteten Zweigen A, B und C, die je einer Phase zugeordnet sind und je zwei hintereinandergeschaltete Thyristoren 22,23 mit antiparallelgeschalteten Freilaufdioden 24 und 25 aufweisen. Der gemeinsame Verbindungspunkt 26 zwischen den Freilaufdioden 24. 25 und den Thyristoren 22,23 ist an dem einen Pol eines dreiphasigen Asynchronmotors M angeschlossen. Ebenso sind die Verbindungspunkte 27, 28 der Wechseirichterzweige B und C mit den anderen beiden Polen des Motors verbunden. Der Wechselrichter ist mit einer allen Zweigen A, B und C gemeinsamen Thyristor-Löscheinrichtung 6 versehen, die aus einer Diode 29. einem Thyristor 30, einer Spule 31, dem Löschkondensator 42 sowie einem Ladewiderstand 32 besteht, der den Kondensator 42 über die Leitung 4 auf die volle Spannung, die vor dem Zerhacker 3 auftritt, aufladen kann.

Die Thyristoren 22, 23 in den einzelnen Zweigen A. B und C des Wechselrichters werden von einer nicht dargestellten Steuereinheit in einer bestimmten Reihenfolge sowie mit einer Frequenz gezündet, die von der gewünschten Drehzahl des Asynchronmotors A-/ bestimmt ist. Das Löschen der gezündeten Thyristoren 22, 23 in den Wechselrichterzweigen erfolgt dadurch, daß der Thyristor 30 in der Löscheinrichtung gezündet wird. Dadurch entsteht ein Kurzschluß, und die im Kondensator 42 gespeicherte Ladung reversiert zu dem Sciiwingkreis. der aus dem Kondensator 42, der Spule 31 sowie dem Thyristor 30 besieht, und nach der Reversierung dieser Ladung kann er einen Strom, der dem Lar.tstrom entgegengenchtet ist, durch die Zweig·; des Wechselrichters über die Freilaufdioden treiber: und dadurch· die gezündeter· Thyristoren in den Woehsoirichterzweigen löschen. Danach werden die erforderlichen Thyristoren nach einem im voraus festgelegten Programm wieder gezündet. Dies wieder'/¹ ■·■' : ·. h laufend Mit Hilfe dieser Anordnung isi r<- m ■■■■> .^je

die Drehzahl des Motors zu steuern und über die normale synchrone Drehzahl hinauszugelangen. Bei einer höheren Drehzahl hat der Motor infolge seiner eigenen Masse oder seiner Belastung eine gewisse Trägheit. Wird nun die nicht dargestellte Steuereinheit oder der Wechselrichter selbst ausgeschaltet, so wirkt der Motor infolge seiner Trägheit und der angetriebenen Last oder Schwungmasse als Generator. Die im Generatorbetrieb erzeugte Spannung kann nun durch die Freilaufdioden den Versorgungsleitungen 20, 21 aufgedrückt werden, und es entstehen bisweilen Überspannungen bei höherer; Drehzahlen, die ein Durchschlagen von Dioden oder Thyristoren verursachen können, die in verschiedenen Zweigen und Teilen des Wechselrichters angeordnet sind. z. B. der Bauteile. die in den Zweigen A, B. Centhalten sind.

Lim diese Teile zu schützen, ist zwischen den Versorgungsleitungen 20, 21 ein ohmscher Belastungswiderstand 33 mit einem Thyristor 34 in Reihe geschaltet. Dessen Steueranschluß 35 ist am Ausgang eines Zürdimpulsgenerators 36 angeschlossen. Dieser Generator erhält seine Betriebsspannung ebenfalls über die Versorgungsleitungen 20, 21 und Leitungen 37, 38. Zwischen den Leitungen 20, 21 liegt eine Reihenschaltung von Widerständen 39, 40, die einen Spannungsteiler bilden, dessen Abgriffpunkt 41 am Eingang des Zündimpulsgenerators 36 angeschlossen ist.

Geht man z. B. von der Annahme aus, daß der Betrieb des Zerhackers oder die Hauptversorgungsspannung unterbrochen werden, so liefert der Motor M eine Spannung. Diese Spannung kann z. B. durch die Freilaufdioden 24 der Zweige A und C sowie die Freilaufdiode 25 des Zweigs B zurückgeführt werden.

Sie tritt dann zwischen den Leitungen 20 und 21 als Gleichspannung mit der gleichen Polarität wie die normale Betriebsspannung auf. So wird auch der Zündimpulsgenerator 36 durch diese Gleichspannung über die Leitungen 37 und 38 mit Spannung versorgt. Er ist jedoch erst dann voll wirksam, wenn die Spannung ein im Zündimpulsgenerator 36 eingestelltes Bezugsniveau übersteigt. Übersteigt die am Spannungsteiler 39, 40 gemessene Spannung das Bezugsniveau, so wird dem Steueranschluß 35 des Thyristors 34 ein Zündsignal zugeführt und der Widerstand 33 dem Wechselrichter als feste Dämpfung parallelgeschaltet.

In Fig. 2 ist ein Beispiel des Verlaufs der Spannung am Punkt 41 dargestellt, der dem Verlauf der Motorspannung während einer Halbperiode entspricht. Wenn die Spannung zwischen denLeitungen 20 und 21 ansteigt und die Spannung am Punkt 4t (Fi g. 1) dabei die Bezugsspannung V_ref überschreitet, wird der Thyristor 34 im Zeitpunkt a gezündet, wonach die Spannung dem gestrichelt dargestellten Verlauf bis zum Zeitpunkt b folgt, in dem der Thyristor 34 gelöscht wird, während gleichzeitig die Thyristoren im Wechselrichter gelöscht werden. Tritt danach imm'er noch eine Überspannung auf, so wird der Thyristor 34 im Zeitpunkt al wieder gezündet.

F i g. 3 stellt ein Ausführungsbeispiel des /ündimpulsgenerators 36 dar. Der Spannungsteiler 39, 40 ist über Anschlüsse 68, 43 mit den Versorgungsleitungen 20, 21 des Wechselrichters verbunden. Eine Meßspannung wird am Punkt 41 abgenommen und der Basis eines Transistors 44 zugeführt, in dessen Emitterkreis eine Z-Diode 45 zur Bildung der Bezugsspannung V_rcr liegt. Eine in Durchlaßrichtung in bezug auf die Spannung an den Anschlüssen 68 und 43 gepolte Diode 4 . die mit dem Widerstand 40 in Reihe geschaltet ist. sowie eine umgekehrt, d. h. in Sperrichtung gepolte Diode 47. clic zu einem Kondensator 48 parallelgeschalte ist. sorgen für die Glätuing gegebenenfalls pulsierender Spannungen an den Leitungen 20, 21. Der Transisior 44 kann ebenso wie der Zündimpulsgenerator selbst über die Leitungen 20, 21 in dem dargestellten Beispiel übe einen Widerstand 50, gefolgt von einer im Nebenschluß geschalteten Z-Diode 51, versorgt sein. Ein Kondensator 52 dient zur Glättung der somit stabilisierten, über die Anschlüsse 43, 49 und den Widerstand 50 zugeführten Spannung.

Überschreitet die Spannung am Punkt 41 die Zcnerspannung der Z-Diode 45. so wird der Transistor 44 plötzlich leitend, und sein Kollektor zieht einen Strom über den Widerstand 53. wodurch ds·: Kollekturspannung abnimmt. Der Kollektor des Transistors 44 ist mit der Basis eines PNP-Transistors 54 verbunden, der den Eingang zweier als Unijunction-Transistor geschalteter Transistoren 54, 55 bildet. Der Kollektor des Transistors 55, der ein NPN-Transistor ist. ist mit der Basis des Transistors 54, sein Emitter über einen Widerstand !56 mit dem Minuspol der Spannt;ngs\ ersorgung und seine Basis mit dem Kollektor des Transistors 54 verbunden, der über einen «Widerstand 57 ebenfalls mit dem Minuspol verbunden ist. Die Schaltung 54, 55 wird im wesentlichen über eine Diode 58 von der Spannung eines von einem Spannungsteiler 60, 61 aufgeladenen Kondensators 59 gespeist.

Wenn der Thyristor 44 plötzlich leitend wird, kippt die Transistorschaltung 54, 55 und gibt b;i Entladung des Kondensators 59 über den Widerstand 57 einen Rechteckimpuls ab. Tritt nach erneuter Aufladung des Kondensators 59 auf das gewünschte Niveau am Punkt 41 weiterhin eine Überspannung auf. so wird ein neuer Imnuls abgegeben. Diese Rechteckimpuise werden über Widerstände 62, 63 einem Transistor M zugeführt, dessen Kollektor über die Primärwicklung eines lmpuistrangformators 65 und einen Wide-stand 66 am Pluspol und dessen Emitter am Minuspol der stabilisierten Spannung liegt Die Rechteckspannung wird von der Primärwicklung des Transformators 65 differenziert und die dabei auftretende positive Impulsspitze wire durch eine parallel zur Primärwicklung angeordnet« Diode 67 unterdrückt. Der negative bei der Differentia tion auftretende Impuls wird auf der Sekundärseite al: positiver Impuls abgenommen und den Steueranschlul 35 des Thyristors 34 (F i g. 1) zugeführt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Speisung eines Asynchronmotors über einen mit Freülaufdioden versehenen s Wechselrichter, der von den zwei Versorgungsleitungen eines Gleichstrom.-Zwischenkreises, der durch eine Drossel zur Kurzschlußstrombegrenzung in einer der Versorgungsleitungen in zwei Abschnitte, die Gleichstromversorgungsseite und die Wechselrichterseite unterteilt ist mit Gleichstrom versorgt ist. mit einer aus einer Reihenschaltung eines ohmseben Widerstandes und eines Thyristors bestehenden, zwischen den Versorgungsleitungen angeordneten Spannungsbegrenzereinrichtung, deren Thyristor bei Überspannungen durch eine Steuereinrichtung zündbar ist, und mit einer einzigen, allen Wechselrichterzweigen zugeordneten Thyristor-Löscheinrichtung auf der Wechselrichterseite des Gleichstrom-Zwischenkreises, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristor-Löscheinrichtung nur einen einzigen Thyristor (30) in einem Kurzschlußpfad (6) zwischen den Versorgungsleitungen (20, 21) aufweist und die Spannungsbegrenzereinrichtung (33, 34) auf der Wechselrichterseite des Gleichstromzwischenkreises angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Steuereinrichtung eingangsseitig an dem Abgriff eines zwischen die Versorgungsleitungen geschalteten Spannungsteilers gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (39, 40) und alle mit Spannung zu versorgenden Teile der Steuereinrichtung (36) auf der Wechselrichterseite des Gleichstrom-Zwischenkreises zwischen den Versorgungsleitungen (20,21) angeschlossen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (36) einen Zündimpulsgenerator aufweist, der beim Auftreten einer Überspannung einen längeren Zündimpuls oder eine Zündimpulsfolge über einen einstellbaren Zeitabschnitt abgibt.