DE19648806A1

DE19648806A1 - Drive system in the megawatt range for industrial plants

Info

Publication number: DE19648806A1
Application number: DE1996148806
Authority: DE
Inventors: Rolf-Dieter Dr Ing Klug
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 1998-06-04
Also published as: FI991085A0; FI991085A; WO1998024173A1

Abstract

A system for operating industrial plants in the megawatt range, in particular primary industry installations, has at least one electromotor and at least two bridge circuits which form a part of at least one frequency converter that connects the electromor to an alternating voltage energy supply network. The bridge circuits have power semiconductors which are turned on and/or off, i.e. switched at a particular switching frequency. The switching frequency of at least one bridge circuit equals the fundamental component or a multiple of the fundamental component of the alternating voltage of the energy supply network and the switching frequency of at least another bridge circuit equals another multiple of the fundamental frequency of the alternating voltage of the energy supply network, the switching frequencies of the bridge circuits alternating between these two.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem im Megawattbereich für Industrieanlagen, insbesondere für Anlagen der Grund stoffindustrie mit zumindest einem Elektromotor und zumindest einem Umrichter über den der Elektromotor mit einem Wechsel spannungsenergieversorgungsnetz verbunden ist.The invention relates to a drive system in the megawatt range for industrial plants, especially for plants the reason material industry with at least one electric motor and at least an inverter via which the electric motor with a change power supply network is connected.

Im hohen Leistungsbereich - ab einigen Megawatt - werden selbstgeführte Brückenschaltungen in Umrichtern, wie z. B. Zwischenkreiswechselrichter, wie sie z. B. bei Walzwerksan trieben zum Einsatz kommen, mit relativ niedriger Schaltfre quenz betrieben, um die thermische Verlustleistung in Grenzen zu halten. Dabei ist unter Schaltfrequenz die Frequenz zu verstehen, mit der die Leistungshalbleiter des Umrichters ge zündet und/oder gelöscht werden. Grundsätzlich besteht die Forderung selbstgeführte Brückenschaltungen eines Umrichters mit möglichst hoher Frequenz zu schalten, um den Oberschwin gungsanteil im Strom und damit den Klirrfaktor zu verringern. Auf der anderen Seite führt eine hohe Schaltfrequenz zu hohen Verlustleistungen in den Leistungshalbleitern des Umrichters und damit zu hoher thermischer Beanspruchung der Leistungs halbleiter. Diese thermische Beanspruchung ist für Umrichter in einem hohen Leistungsbereich, d. h. ab einigen Megawatt be sonders kritisch, so daß Umrichter in diesem Leistungsbereich mit geringen Frequenzen geschaltet werden. Da jedoch die er reichbare Qualität der Klemmenspannung bzw. des Ausgangs stroms bezüglich Oberschwingungen stark von der Schaltfre quenz abhängt, führt dieses Vorgehen zu einem niedrigen Qua litätsniveau der Klemmenspannung bzw. des Ausgangsstroms. Aus verschiedenen Gründen ist es im übrigen vorteilhaft, als mittlere Halbleiterschaltfrequenz nur ganzzahlige ungerade Vielfache der Grundschwingungsfrequenz zu verwenden, und das Schaltmuster mit der Grundschwingung zu synchronisieren.In the high output range - from a few megawatts - self-guided bridge circuits in converters, such as. B. DC link inverters as they are e.g. B. at Walzwerksan drives are used, with relatively low switching frequency quenz operated to limit the thermal power loss to keep. The frequency is below the switching frequency understand with which the power semiconductors of the converter ge ignites and / or be deleted. Basically there is Demand self-commutated bridge circuits of an inverter to switch with as high a frequency as possible to the share in the current and thus reduce the distortion factor. On the other hand, a high switching frequency leads to high ones Power losses in the power semiconductors of the converter and thus too high thermal stress on the performance semiconductor. This thermal stress is for converters in a high performance range, i.e. H. from a few megawatts particularly critical, so converters in this performance range can be switched at low frequencies. However, since he Reachable quality of the terminal voltage or the output current with respect to harmonics strongly from the switching fre quenz depends, this procedure leads to a low qua Lity level of the terminal voltage or the output current. Out various reasons, it is also advantageous as average semiconductor switching frequency only integer odd To use multiples of the fundamental frequency, and that To synchronize switching patterns with the fundamental vibration.

Aufgrund der starken Stufigkeit bei der Wahl zwischen Grund schwingungstaktung, d. h. mit einer Schaltfrequenz die gleich der Grundschwingung der Wechselspannung des Energieversor gungsnetzes ist, dreifach Taktung, d. h. Schalten mit dem Dreifachen der Grundfrequenz der Wechselspannung des Energie versorgungsnetzes, und Fünffachtaktung, d. h. Schalten mit dem Fünffachen der Grundfrequenz der Wechselspannung des Energie versorgungsnetzes, ist eine gleichzeitige Optimierung der Schaltverluste einerseits (möglichst niedrige Schaltfrequenz) und der Oberschwingungen andererseits (möglichst hohe Schalt frequenz) oft nicht möglich.Because of the high level of choice in the reason vibration timing, d. H. with a switching frequency the same the fundamental oscillation of the AC voltage of the energy supplier supply network is triple clocking, d. H. Switch with the Triple the fundamental frequency of the AC voltage of the energy supply network, and quintuple clocking, d. H. Switch with the Five times the fundamental frequency of the AC voltage of the energy supply network, is a simultaneous optimization of the Switching losses on the one hand (switching frequency as low as possible) and the harmonics on the other hand (switching as high as possible frequency) often not possible.

Aufgabe der Erfindung ist demzufolge eine Minimierung der Schaltverlustleistung bei Umrichtern, insbesondere mit selbstgeführten Brückenschaltungen im Megawattbereich bei gleichzeitiger Minimierung des Oberschwindungsgehaltes. Es ist dabei wünschenswert, eine feinere Abstufung der Schalt frequenzen als die, die sich durch die Verwendung ungradzah liger Vielfacher der Grundschwingung ergibt, zu erzielen. Da bei ist es ferner wünschenswert, die Umrichter möglichst klein und kostengünstig auszuführen.The object of the invention is therefore to minimize the Switching power loss in converters, especially with self-guided bridge circuits in the megawatt range simultaneous minimization of the shrinkage content. It it is desirable to have a finer gradation of the switching frequencies than those resulting from the use of odd numbers multiple of the fundamental oscillation results. There at it is also desirable to have the converter as possible small and inexpensive to carry out.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch ein Antriebssystem im Megawatt-Bereich für Industrieanlagen, insbesondere für Anla gen der Grundstoffindustrie, mit zumindest einem Elektromotor und zumindest zwei Brückenschaltungen, die Teil zumindest ei nes Umrichters sind, über den der Elektromotor mit einem Wechselspannungs-Energieversorgungnetz verbunden ist, gelöst, wobei die Brückenschaltungen Leistungshalbleiter aufweisen, die mit einer bestimmten Schaltfrequenz gezündet und/oder ge löscht, d. h. geschaltet, werden, wobei die Schaltfrequenz zu mindest einer Brückenschaltung gleich der Grundschwingung oder einem Vielfachen der Grundschwingung der Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes und die Schaltfrequenz zumindest einer weiteren Brückenschaltung gleich einem anderen Vielfa chen der Grundschwingung der Wechselspannung des Energiever sorgungsnetzes ist und wobei die Schaltfrequenzen der Brüc kenschaltungen zwischen diesen gewechselt werden. Durch den Wechsel der Schaltfrequenzen für die Umrichter entstehen im zeitlichen Mittel Schaltverluste gemäß dem Mittelwert der Schaltfrequenz, und nicht Schaltverluste gemäß der höchsten Schaltfrequenz. Auf diese Weise werden die Leistungshalblei ter geringer thermisch belastet. Auf der anderen Seite ergibt sich bei entsprechender Schaltungsanordnung in den Ausgangs größen Strom bzw. Spannung ein Oberschwingungsgehalt gemäß dem Mittelwert der sich ergeben würde, wenn die beiden Brüc kenschaltungen mit dem Mittelwert der Schaltfrequenzen be trieben werden würden. Auf diese Weise können Ausgangsgrößen, d. h. Strom und Spannung, wie mit der Verwendung von Schalt frequenzen, die ein gradzahliges oder ein nicht ganzzahliges Vielfaches der Grundschwingung sind, erzielt werden.According to the invention, the problem is solved by a drive system in the Megawatt range for industrial plants, especially for plants against the raw materials industry, with at least one electric motor and at least two bridge circuits, the part at least one nes converter through which the electric motor with a AC power supply network is connected, solved, the bridge circuits having power semiconductors, the ignited with a certain switching frequency and / or ge deletes, d. H. are switched, the switching frequency too at least one bridge circuit equal to the fundamental or a multiple of the fundamental oscillation of the AC voltage of the power supply network and the switching frequency at least another bridge circuit like another variety Chen the fundamental oscillation of the AC voltage of the energy consumption supply network and the switching frequencies of the bridge circuits can be switched between them. By the Changes in the switching frequencies for the inverters occur in the time average switching losses according to the average of the Switching frequency, and not switching losses according to the highest Switching frequency. In this way, the performance half ter less thermal stress. On the other hand results with appropriate circuitry in the output large current or voltage according to a harmonic content the average that would result if the two bridges be circuits with the average of the switching frequencies would be driven. In this way, output variables, d. H. Current and voltage, as with the use of switching frequencies that are an even number or a non-integer number Multiples of the fundamental vibration are to be achieved.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Schaltfrequenzen der Brückenschaltung zwischen diesen in re gelmäßigen oder annähernd regelmäßigen Abständen gewechselt. Durch den regelmäßigen Wechsel der Schaltfrequenzen für die Umrichter, insbesondere in kurzen Zeitabschnitten, entstehen im kurzen zeitlichen Mittel Schaltverluste gemäß dem Mittel wert der Schaltfrequenz, so daß auch eine kurzzeitige thermi sche Überlastung vermieden werden kann.In an advantageous embodiment of the invention, the Switching frequencies of the bridge circuit between these in right changed at regular or approximately regular intervals. By regularly changing the switching frequencies for the Inverters, especially in short periods, arise in a short time average switching losses according to the average value of the switching frequency, so that even a short-term thermi overloading can be avoided.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Schaltfrequenzen der Brückenschaltung zwischen diesen nach Ablauf einer Grundschwingungsperiode oder einem Vielfachen der Grundschwingungsperiode gewechselt wobei sich das Wechseln nach Ablauf einer Grundschwingungsperiode als besonders vorteilhaft erwiesen hat. In a further advantageous embodiment of the invention the switching frequencies of the bridge circuit between this after the end of a fundamental period or one Multiples of the fundamental period changed the change after a fundamental period as has proven particularly advantageous.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Schaltfrequenzen der Brückenschaltung zwischen diesen in Abhängigkeit ihrer thermischen Belastung gewech selt, wobei die thermische Belastung vorteilhafter Weise durch Messung oder durch Berechnung überwacht wird. Mittels dieser Maßnahme können Spitzen thermischer Belastung verhin dert werden.In a further advantageous embodiment of the invention the switching frequencies of the bridge circuit between this changed depending on their thermal load selt, the thermal load advantageously is monitored by measurement or by calculation. Means this measure can prevent peaks of thermal stress be changed.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Schaltfrequenzen der Brückenschaltung zwischen diesen derart abgewechselt, daß jede Brückenschaltung im Mit tel, insbesondere im Mittel über einen kurzen Zeitraum mit annähernd den gleichen Schaltfrequenzen betrieben wird. Diese Maßnahme ist in vorteilhafter Weise geeignet, die thermischen Belastungen der Brückenschaltungen auch im zeitlich kurzen Mittel konstant zu halten.In a further advantageous embodiment of the invention the switching frequencies of the bridge circuit between this alternated so that each bridge circuit in the Mit tel, especially on average over a short period of time is operated approximately the same switching frequencies. This Measure is advantageously suitable for thermal Loads on the bridge circuits even in the short term To keep means constant.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Schaltfrequenz zumindest einer Brückenschaltung gleich einem ungradzahligen Vielfachen, insbesondere gleich einem Dreifachen und/oder dem Fünffachen, der Grundschwingung der Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes.In a further advantageous embodiment of the invention is the switching frequency of at least one bridge circuit equal to an odd multiple, especially equal three times and / or five times, the fundamental vibration the AC voltage of the energy supply network.

Die Brückenschaltung des erfindungsgemäßen Antriebssystems ist auch besonders für Blindleistungskompensation geeignet, wobei sie in diesem Fall insbesondere nicht in Verbindung mit einem Elektromotor verwendet wird.The bridge circuit of the drive system according to the invention is also particularly suitable for reactive power compensation, in this case in particular not in connection with an electric motor is used.

Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteransprü chen. Im einzelnen zeigen:Further advantages and inventive details emerge from the following description of exemplary embodiments, based on the drawings and in connection with the dependent claims chen. In detail show:

Fig. 1 Grundprinzipien des erfindungsgemäßen An triebssystems, Fig. 1 basic principles of the invention An operating system,

Fig. 2a, b, c, d, e je eine Drehstromschaltung mit Stromaddition, Figure 2a, b., C, d, e each have a three-phase circuit with current addition,

Fig. 2f, g je eine Drehstromschaltung mit Spannungsaddi tion, Fig. 2f, per g of a three-phase circuit with Spannungsaddi tion,

Fig. 2h eine Drehstromschaltung mit Drehmomentadditi on, Fig. 2h, a three-phase circuit with Drehmomentadditi on,

Fig. 3a selbstgeführte Brückenschaltung mit Span nungszwischenkreisbrücke in Zweipunktschal tung, Fig. 3a self-commutated bridge circuit test with voltage intermediate circuit bridge in two-point TIC,

Fig. 3b selbstgeführte Brückenschaltung mit Span nungszwischenkreisbrücke in Dreipunktschal tung, FIG. 3b self-commutated bridge circuit test with voltage intermediate circuit bridge in three-point TIC,

Fig. 3c selbstgeführte Stromzwischenkreisbrücke, FIG. 3c self-commutated DC bridge,

Fig. 4a, b, c Spannungszwischenkreise in Zweipunktschal tung, Fig. 4a, b, c tung voltage intermediate circuits in two-point scarf,

Fig. 4d, e, f Spannungszwischenkreise in Dreipunktschal tung, Fig. 4d, e, f voltage intermediate circuits in three-point TIC,

Fig. 4g, h, i Stromzwischenkreise, Fig. 4g, h, i current intermediate circuits,

Fig. 5 zwei Pulsmuster für einen Phasenbaustein ei ner Spannungszwischenkreisbrücke in Drei punktschaltung, Figure 5 shows two pulse pattern point circuit. For a phase module ei ner voltage link bridge in three,

Fig. 6 zwei Pulsmuster für den abwechselnden Einsatz von Pulszahlen, Fig. 6, two pulse pattern for the alternate use of pulse numbers,

Fig. 7 eine Umrichteranordnung zur beidseitigen Speisung eines Drehstrommotors mit offener Wicklung mit Teilumrichter in Dreipunktschal tung, Shows a converter arrangement for two-sided supply of an AC motor with open windings processing. 7 with partial converters in three-point scarf,

Fig. 8 den Einsatz eines erfindungsgemäßen Antriebs systems in einem Walzwerk. Fig. 8 shows the use of a drive system according to the invention in a rolling mill.

Fig. 1 zeigt das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Antriebs systems. Dabei bezeichnen Bezugszeichen 1 eine Drehstrom schaltung, Bezugszeichen 2 und 3 Brückenschaltungen und Be zugszeichen 4 eine Gleichstromschaltung. Fig. 1 shows the basic principle of the drive system according to the invention. Reference numeral 1 designates a three-phase circuit, reference numerals 2 and 3 bridge circuits and Be reference numeral 4 a DC circuit.

Fig. 2a bis 2h zeigen mögliche Ausführungsformen der Dreh stromschaltung 1 gemäß Fig. 1. Dabei bezeichnen Fig. 2a bis 2e Drehstromschaltungen mit Stromaddition, Fig. 2g und 2f Dreh stromschaltungen mit Spannungsaddition und Fig. 2h eine Dreh stromschaltung mit Drehmomentaddition. Die Drehstromschaltun gen gemäß Fig. 2a und 2b weisen je ein Energieversorgungsnetz und je zwei Transformatoren 13, 14, 15, 16 auf, über die die Brückenschaltungen 2 und 3 gemäß Fig. 1 aus den Energieversor gungsnetzen 10 und 11 mit Energie versorgt werden. Dieses Beispiel ist in Fig. 7 sicher ausgeführt (vgl. Bezugszeichen 60, 61 und 62). Eine ähnliche Architektur zeigt Fig. 2c, wobei die Transformatoren durch Drosseln 17 und 18 ersetzt sind. Bezugszeichen 12 bezeichnet ein Energieversorgungsnetz. Gemäß dem Beispiel aus Fig. 2d weist die Drehstromschaltung 1 gemäß Fig. 1 je einen Elektromotor 19, 20 sowie Drosseln 21, 22, 23, 24 auf. Die Drosseln 23, 24 in Fig. 2e sind induktiv verkoppelt. Fig. 2f und 2g zeigen Drehstromschaltungen mit Spannungsaddi tion, wobei die Drehstromschaltung in Fig. 2f ein Netz 25 und einen Transformator 55 mit offener Sekundärwicklung aufweist. Die Drehstromschaltung gemäß Fig. 2g weist einen Motor 26 mit offener Wicklung auf. Dieses Beispiel ist in Fig. 7 näher aus geführt. Fig. 2h zeigt eine Drehstromschaltung mit Drehstro maddition, wobei die Drehstromschaltung einen Elektromotor 27 mit zwei getrennten Wicklungssystemen aufweist. FIGS. 2a to 2h show possible embodiments of the rotary-current circuit 1 shown in FIG. 1. In this case denote Fig. 2a to 2e three-phase circuits with current addition, Fig. 2g and 2f three-phase circuits with voltage addition and Fig. 2h, a three-phase circuit with a torque addition. The Drehstromschaltun gen Fig invention. 2a and 2b each have a power supply network and two transformers 13, 14, 15, 16, via which the bridge circuits supply networks 2 and 3 of FIG. 1 from the Energieversor 10 and 11 are energized. This example is carried out safely in FIG. 7 (see reference numerals 60 , 61 and 62 ). A similar architecture is shown in FIG. 2c, the transformers being replaced by chokes 17 and 18 . Reference numeral 12 denotes a power supply network. According to the example from FIG. 2d, the three-phase circuit 1 according to FIG. 1 each has an electric motor 19 , 20 and chokes 21 , 22 , 23 , 24 . The chokes 23 , 24 in Fig. 2e are inductively coupled. Fig. 2f and 2g show three-phase circuits with Spannungsaddi tion, the three-phase circuit in Fig. 2f a network 25 and a transformer 55 with an open secondary winding has. The three-phase circuit according to FIG. 2g has a motor 26 with an open winding. This example is shown in Fig. 7 from. Fig. 2h shows a three-phase circuit with Drehstro maddition, the three-phase circuit having an electric motor 27 with two separate winding systems.

Fig. 3a, b, c zeigen Brückenschaltungen, die mögliche Ausfüh rungsformen der Brückenschaltungen 2 und 3 gemäß Fig. 1 sind. Fig. 3a zeigt eine selbstgeführte Brückenschaltung mit Span nungszwischenkreisbrücke in Zweipunktschaltung. Fig. 3b eine selbstgeführte Brückenschaltung mit Spannungszwischenkreis brücke in Dreipunktschaltung und Fig. 3c eine selbstgeführte Stromzwischenkreisbrücke. Dabei bezeichnen Bezugszeichen 28, 30 und 35 die Drehstromseite und Bezugszeichen 29, 31 und 36 die Gleichstromseite. Bezugszeichen 32, 33, 34 und 37 be zeichnen Leistungshalbleiter der Brückenschaltungen. Fig. 4a bis 4i zeigen Gleichstromkreise gemäß Bezugszeichen 4 aus Fig. 1. Dabei zeigen Fig. 4a bis 4c Spannungszwischenkreise in Zweipunktschaltung, Fig. 4d bis 4f Spannungszwischenkreise in Dreipunktschaltung und Fig. 4g bis 4i Stromzwischenkreise. Dabei bezeichnen Bezugszeichen 43, 44, 46, 51, 84, 85, 86, 87, 89, 110, 111, 112, 113, 114 Kondensatoren und Bezugszeichen 52, 53, 54, 55, 56, 127 Induktivitäten. Bezugszeichen 40, 41, 42, 80, 81, 82, 83, 47, 48, 49, 50, 126 bezeichnen weitere Schaltungselemente. Ist z. B. die Drehstromschaltung 1 gemäß Fig. 1 entsprechend den Beispielen gemäß Fig. 2a, b, c oder 2f ausgeführt, so können z. B. die weiteren Schaltungselemente 40, 41, 42, 44, 80, 81, 82, 83, 47, 48, 49, 50, 126 je zwei Brückenschaltungen und einen Dreh strommotor aufweisen. Fig. 3a, b, c show bridge circuits, the possible exporting approximately form the bridge circuits 2 and 3 shown in FIG. 1, respectively. Fig. 3a shows a self-guided bridge circuit with voltage DC link bridge in two-point circuit. FIG. 3b is a self-commutated bridge circuit with voltage intermediate circuit bridge in three-point circuit, and Fig. 3c is a self-commutated current intermediate circuit bridge. Reference numerals 28 , 30 and 35 denote the three-phase side and reference numerals 29 , 31 and 36 the direct current side. Reference numerals 32 , 33 , 34 and 37 denote power semiconductors of the bridge circuits. FIGS. 4a to 4i show DC circuits according to reference numeral 4 of FIG. 1. Here, FIGS. 4a to 4c voltage intermediate circuits in two-point circuit, Fig. 4d to 4f voltage intermediate circuits in three-point circuit, and Fig. 4g to 4i current intermediate circuits. Reference numerals 43 , 44 , 46 , 51 , 84 , 85 , 86 , 87 , 89 , 110 , 111 , 112 , 113 , 114 denote capacitors and reference numerals 52 , 53 , 54 , 55 , 56 , 127 inductors. Reference symbols 40 , 41 , 42 , 80 , 81 , 82 , 83 , 47 , 48 , 49 , 50 , 126 denote further circuit elements. Is z. B. the three-phase circuit 1 shown in FIG. 1 according to the examples of FIG. 2a, b, c or 2f, z. B. the other circuit elements 40 , 41 , 42 , 44 , 80 , 81 , 82 , 83 , 47 , 48 , 49 , 50 , 126 each have two bridge circuits and a three-phase motor.

Fig. 5 zeigt zwei Pulsmuster für einen Phasenbaustein 115 ei ner Spannungszwischenkreisbrücke in Dreipunktschaltung. In bezug auf den Phasenbaustein 115 bezeichnet Bezugszeichen 120 die Drehstromseite und Bezugszeichen 121 die Gleichstromsei te. Die Pulsmuster 122, 123 in Fig. 5 zeigen herkömmliche Puls muster. Der Phasenbaustein 115 wird z. B. entweder mit dem Pulsmuster 122 oder dem Pulsmuster 123 geschaltet. Dabei ent spricht Pulsmuster 122 einer Schaltfrequenz, die gleich-der Grundschwingung der Wechselspannungsenergieversorgungsnetzes ist, und Pulsmuster 123 einer Schaltfrequenz, die gleich dem Dreifachen der Grundschwingung des Wechselspannungsnetzes ist. Fig. 5 shows two pulse patterns for a phase module 115 egg ner voltage link bridge in three-point circuit. With respect to the phase module 115 , reference numeral 120 denotes the three-phase side and reference numeral 121 the DC side. The pulse patterns 122 , 123 in FIG. 5 show conventional pulse patterns. The phase module 115 is z. B. switched either with the pulse pattern 122 or the pulse pattern 123 . In this case, pulse pattern 122 corresponds to a switching frequency which is equal to the fundamental oscillation of the AC power supply network, and pulse pattern 123 corresponds to a switching frequency which is equal to three times the fundamental oscillation of the AC voltage network.

Dem gegenüber zeigt Fig. 6 zwei Pulsmuster für den abwechseln den Einsatz von Pulszahlen entsprechend der Erfindung. Puls muster 124 zeigt dabei z. B. das Pulsmuster für Brückenschal tung 2 gemäß Fig. 1 und Pulsmuster 125 das Pulsmuster für Brückenschaltung 3 gemäß Fig. 1. Dabei werden die Schaltfre quenzen zum Schalten der Halbleiter der Brückenschaltungen nach Verstreichen einer Periode der Grundschwingung der Wech selspannung des Energieversorgungsnetzes gewechselt. Die Brückenschaltungen werden wechselweise mit einer Schaltfre quenz gemäß der Grundschwingung der Wechselspannung des Ener gieversorgungsnetzes und dem Dreifachen der Grundschwingung der Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes geschaltet. Entsprechend können die beiden Brücken auch wechselweise mit einer Schaltfrequenz gemäß dem Drei- und dem Fünffachen der Grundschwingung der Wechselspannung des Energieversorgungs netzes betrieben werden.In contrast, FIG. 6 shows two pulse patterns for the alternating use of pulse numbers in accordance with the invention. Pulse pattern 124 shows z. For example, the pulse pattern for bridge formwork device 2 of FIG. 1 and pulse pattern 125, the pulse pattern for the bridge circuit 3 of FIG. 1. In this case, the Schaltfre frequencies for switching the semiconductor of the bridge circuits upon lapse of a period of the fundamental oscillation of the alternating voltage of the power supply system changed. The bridge circuits are alternately switched with a switching frequency according to the fundamental oscillation of the AC voltage of the energy supply network and three times the fundamental oscillation of the AC voltage of the energy supply network. Accordingly, the two bridges can also be operated alternately with a switching frequency according to three and five times the fundamental oscillation of the AC voltage of the power supply network.

Mit der Erfindung ist es möglich, den Oberschwingungsgehalt besonders flexibel einzustellen.With the invention it is possible to reduce the harmonic content particularly flexible to adjust.

Ist z. B. ein Oberschwingungsgehalt gefordert, der sich bei einer Schaltfrequenz gemäß dem Zweifachen der Grundschwingung der Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes einstellen würde, so werden die Brückenschaltungen wechselweise mit ei ner Schaltfrequenz gemäß der Grundschwingung und dem Dreifa chen der Grundschwingung der Wechselspannung des Energiever sorgungsnetzes betrieben.Is z. B. required a harmonic content which is at a switching frequency according to twice the fundamental the AC voltage of the power supply network would, the bridge circuits are alternately with egg ner switching frequency according to the fundamental and the triple Chen the fundamental oscillation of the AC voltage of the energy consumption care network operated.

Ist z. B. ein Oberschwingungsgehalt gefordert, der sich bei einer Schaltfrequenz gemäß dem Dreifachen der Grundschwingung der Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes einstellen würde, so werden die Brückenschaltungen mit einer Schaltfre quenz gemäß dem Dreifachen der Grundschwingung der Wechsels pannung des Energieversorgungsnetzes betrieben.Is z. B. required a harmonic content which is at a switching frequency according to three times the fundamental the AC voltage of the power supply network would, the bridge circuits with a Schaltfre frequency according to three times the fundamental oscillation voltage of the power supply network operated.

Ist z. B. ein Oberschwingungsgehalt gefordert, der sich bei einer Schaltfrequenz gemäß dem Vierfachen der Grundschwingung der Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes einstellen würde, so werden die Brückenschaltungen wechselweise mit ei ner Schaltfrequenz gemäß dem Dreifachen der Grundschwingung und dem Fünffachen der Grundschwingung der Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes betrieben.Is z. B. required a harmonic content which is at a switching frequency according to four times the fundamental the AC voltage of the power supply network would, the bridge circuits are alternately with egg ner switching frequency according to three times the fundamental and five times the fundamental oscillation of the AC voltage of the energy supply network operated.

Ist z. B. ein Oberschwingungsgehalt gefordert, der sich bei einer Schaltfrequenz gemäß dem Fünffachen der Grundschwingung der Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes einstellen würde, so werden die Brückenschaltungen mit einer Schaltfre quenz gemäß dem Fünffachen der Grundschwingung der Wechsel spannung des Energieversorgungsnetzes betrieben.Is z. B. required a harmonic content which is at a switching frequency according to five times the fundamental the AC voltage of the power supply network would, the bridge circuits with a Schaltfre frequency according to five times the fundamental oscillation voltage of the power supply network operated.

Ist z. B. ein Oberschwingungsgehalt gefordert, der sich bei einer Schaltfrequenz gemäß dem 1,5-fachen der Grundschwingung der Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes einstellen würde, so werden die Brückenschaltungen wechselweise mit ei ner Schaltfrequenz gemäß der Grundschwingung und dem Zweifa chen der Grundschwingung der Wechselspannung des Energiever sorgungsnetzes betrieben.Is z. B. required a harmonic content which is at a switching frequency corresponding to 1.5 times the fundamental the AC voltage of the power supply network would, the bridge circuits are alternately with egg ner switching frequency according to the fundamental and the Zweifa Chen the fundamental oscillation of the AC voltage of the energy consumption care network operated.

Bei der Forderung nach einem Oberschwingungsgehalt der sich bei einer Schaltfrequenz gemäß dem 1,5-fachen der Grund schwingung der Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes einstellen würde, kann auch mit drei Brückenschaltungen er reicht werden, wobei zwei Brückenschaltungen mit einer Schaltfrequenz gemäß der Grundschwingung der Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes und eine Brückenschaltung gemäß dem Dreifachen der Grundschwingung der Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes betrieben wird und wobei entspre chend der Erfindung die Schaltfrequenz durch alle drei Brüc ken, insbesondere periodisch, durchgewechselt werden.When calling for a harmonic content of at a switching frequency 1.5 times the reason vibration of the AC voltage of the power supply network would set, he can also with three bridge circuits be enough, two bridge circuits with one Switching frequency according to the fundamental oscillation of the AC voltage of the power supply network and a bridge circuit according to three times the fundamental oscillation of the AC voltage Energy supply network is operated and where correspond According to the invention, the switching frequency through all three bridges ken, especially periodically, be changed.

Bei der Anordnung in Fig. 7 ist ein erster Umrichter 74 und ein zweiter Umrichter 75 ausgangsseitig jeweils mit einer Seite 71 und 72 der offenen dreiphasigen Wicklung des Dreh strommotors 73 verbunden. Durch diese Anordnung wird neben einer Leistungsverdoppelung ein besonders vorteilhaftes Be triebsverhalten erreicht, da, entsprechend abgestimmtes Puls verfahren vorausgesetzt, selbst bei niedriger Schaltfrequenz der GTO-Thyristoren ein weitgehend sinusförmigen Stromverlauf im Motor mit geringem Oberschwingungsgehalt erreicht wird. In the arrangement in FIG. 7, a first converter 74 and a second converter 75 are each connected on the output side to one side 71 and 72 of the open three-phase winding of the three-phase motor 73 . With this arrangement, in addition to doubling the power, a particularly advantageous operating behavior is achieved, since, if the pulse method is appropriately coordinated, a largely sinusoidal current profile in the motor with a low harmonic content is achieved even at a low switching frequency of the GTO thyristors.

Netzseitig ist der erste Umrichter 74 über eine optionale netzseitige Zusatzinduktivität 63 und einen ersten Transfor mator 61 z. B. in Stern/Dreieckschaltung mit dem Energiever sorgungsnetz 60 verbunden. Der zweite Umrichter 75 ist über eine optionale netzseitige Zusatzinduktivität 64 und einem zweiten Transformator 62 vorteilhafterweise um elektrisch 30° gegenüber dem ersten Transformator 61 versetzt (z. B. in Stern/ Sternschaltung) mit dem Energieversorgungsnetz 60 ver bunden. Durch diese Anordnung kommt es am Netz zu besonders günstigen Netzrückwirkungen, insbesondere wenn, wie im vor liegenden Beispiel, die Umrichter aus Teilumrichtern in Drei punktschaltung bestehen. Es kommt dabei selbst bei Grund schwingungstaktung der selbstgeführten Netzstromrichter zu einem sinusförmigen Stromverlauf mit sehr geringem Ober schwingungsgehalt.On the line side, the first converter 74 is connected via an optional line-side additional inductance 63 and a first transformer 61 . B. in star / delta connection to the power supply network 60 . The second converter 75 is connected via an optional line-side additional inductance 64 and a second transformer 62, advantageously electrically offset by 30 ° with respect to the first transformer 61 (for example in a star / star connection) with the power supply network 60 . This arrangement leads to particularly favorable network perturbations on the network, in particular if, as in the previous example, the converters consist of partial converters in a three-point connection. This results in a sinusoidal current curve with very low harmonic content even with basic oscillation clocking of the self-commutated power converter.

Die beiden Umrichter 74 und 75 weisen jeweils netzseitige Teilumrichter 66 bzw. 65 und maschinenseitige Teilumrichter 69 bzw. 70 auf, die jeweils über einen Gleichspannungszwischen kreis 67 bzw. 68 verbunden sind. Die beiden Gleichspannungs zwischenkreise 67 bzw. 68 sind voneinander elektrisch ge trennt. Alle Teilumrichter 66, 65, 69, 70 sind in diesem Bei spiel in Dreipunktschaltung, vorzugsweise mit RC-GTO's, aus geführt.The two converters 74 and 75 each have line-side partial converters 66 and 65 and machine-side partial converters 69 and 70 , which are each connected via a DC voltage intermediate circuit 67 and 68 , respectively. The two DC voltage intermediate circuits 67 and 68 are electrically separated from one another. All partial converters 66 , 65 , 69 , 70 are in this example in three-point circuit, preferably with RC-GTO's out.

Fig. 8 zeigt einen erfindungsgemäßen Umrichter 95, 96, 97, 98 in einem Walzwerk. Das Walzgut 103 wird in den Walzgerüsten 104, 105, 106, 107, die von elektrischen Motoren 99, 100, 101, 102 angetrieben werden, gewalzt. Die Motoren 99, 100, 101, 102 wer den über je einen Transformator 91, 92, 93, 94 und je einen er findungsgemäßen Umrichter 95, 96, 97, 98 durch ein Energie versorgungsnetz 90 gespeist. Fig. 8 shows an inverter 95 according to the invention, 96, 97, 98 in a rolling mill. The rolling stock 103 is rolled in the roll stands 104 , 105 , 106 , 107 , which are driven by electric motors 99 , 100 , 101 , 102 . The motors 99 , 100 , 101 , 102 who are fed by a power supply network 90 via a transformer 91 , 92 , 93 , 94 and a converter 95 , 96 , 97 , 98 according to the invention.

Claims

1. Drive system in the megawatt range for industrial plants, in particular for plants in the basic materials industry, with at least one electric motor and at least two bridge circuits, which are part of at least one converter via which the electric motor is connected to an AC power supply network,

the bridge circuits have power semiconductors which are ignited and / or extinguished, ie switched, at a certain switching frequency,
- The switching frequency of at least one bridge circuit is equal to the basic oscillation or a multiple of the basic oscillation of the AC voltage of the energy supply network and the switching frequency of at least one further bridge circuit is equal to another multiple of the basic oscillation of the AC voltage of the energy supply network
- And wherein the switching frequencies of the bridge circuits are switched between them during operation.

2. Drive system according to claim 1, characterized, that the switching frequencies of the bridge circuits between this at regular or approximately regular intervals change.

3. Drive system according to claim 1 or 2, characterized, that the switching frequencies of the bridge circuits between this after the end of a fundamental period or one Multiples of the fundamental oscillation period.

4. Drive system according to claim 1, 2 or 3, characterized, that the switching frequencies of the bridge circuits between these are changed depending on their thermal load will.

5. Drive system according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized, that the switching frequencies of the bridge circuits between these are changed so that each bridge circuit in the Medium, especially a short-term average with the same or approximately the same switching frequencies is operated.

6. Drive system according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized, that the switching frequency of at least one bridge circuit equal to an odd multiple, especially equal 3 times and / or 5 times the fundamental vibration of the AC voltage of the power supply network is.

7. Drive system according to one of claims 1 to 9, characterized, that the turn-off power semiconductors as GTO's, d. H. as Gate turn off thyristors.

8. Drive system according to one of claims 1 to 6, characterized, that the converter has switchable power semiconductors, which as MCT's, d. H. as MOS controlled thyristors, are trained.

9. Drive system according to one of claims 1 to 6, characterized, that the converter has switchable power semiconductors, which as power transistors, especially as IGBT's, d. H. Insulated gate bipolar transistors.

10. Drive system according to one of claims 1 to 9, characterized, that the power semiconductors that can be switched off are conducting backwards are trained.

11. Drive system according to one of the preceding claims, characterized, that the converter with respect to continuous load in one Power range from 1 to 20 megawatts, advantageously from 2 to 10 megawatts, is trained to work.

12. Drive system according to one or more of the previous claims, characterized, that the converter is in a power in terms of shock load range from 2 to 30 megawatts, advantageously from 4 to 20 megawatts, trained to work.

13. Drive device for roll stands after one or several of claims 1 to 12, characterized, that the electric motor with two converters in tandem connection, d. H. a circuit in which the electric motor is open Has windings, which are fed on both sides by converters be interconnected.

14. Drive system according to one of the preceding claims, characterized, that it is used as a drive system in a rolling mill.

15. Method of rolling steel, using a drive system is used according to one of the preceding claims.