AT343223B - Schaltungsanordnung mit einer anzahl von umrichtern, insbesondere von direktumrichtern in sternschaltung - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einer ungeradzahligen Anzahl von Umrichtern, insbesondere mit einer Anzahl m aus einem Wechselspannungsnetz gespeisten Direktumrichtern, die in symmetrischer m-phasiger Sternschaltung an eine m-phasige symmetrische Last unter Ausschluss einer direkten Verbindung zwischen dem Sternpunkt der Umrichter und dem Sternpunkt dieser Last angeschlossen sind, wobei die Leiterspannungen an der Last jeweils einen vorgegebenen periodischen zeitlichen Verlauf besitzen und gemeinsam ein symmetrisches System bilden. 



   Wenn bei einer solchen Schaltungsanordnung jedem Umrichter ein Stromregler zugeordnet wäre und diese Anordnung bei geöffnetem Sternpunkt der Last betrieben würde, könnten die Ausgangsspannungen der Stromregler, die die Steuerspannungen für die   Steuersätze   der Umrichter darstellen, auseinanderlaufen, weil die Stromregler einen integralen Anteil in ihrem Zeitverhalten aufweisen. Ursache hiefür ist die Bedingung, dass bei geöffnetem Sternpunkt der Last die Summe der Phasenströme gleich Null sein muss. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Schaltungsanordnung mit drei Stromregler auszurüsten, wobei für einen stabilen Betriebszustand gesorgt sein soll. 



   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass den   Steuersätzen   der Umrichter jeweils ein Stromregler zugeordnet ist, wobei jeder Stromregler eingangsseitig jeweils von einem Strom-Istwert und einem Strom-Sollwert für den betreffenden Umrichter sowie von einem für alle Stromregler gemeinsamen Zusatzsollwert beaufschlagt ist, zu dessen Bildung die Spannungsdifferenz zwischen dem Sternpunkt der Umrichter und dem Sternpunkt der Last erfasst und über ein Verzögerungsglied geführt ist, dessen Zeitkonstante der Zeitkonstante der Last entspricht. 



   Der Betrieb mit geöffneter Sternpunktverbindung bringt insbesondere bei der Speisung von elektrischen Maschinen erhebliche Vorteile, da der Maschinenstrom einen geringeren Oberschwingungsgehalt aufweist als bei geschlossener Sternpunktverbindung. 



   Die Erfindung lässt sich auch bei Schaltungsanordnungen mit Umrichtern mit offener Sternpunktverbindung (vgl.   z. B.   die nachveröffentlichte DE-OS 2415398) einsetzen, die mit trapezförmiger Ausgangsspannung an den einzelnen Umrichtern, aber mit sinusförmiger Maschinenspannung arbeiten und dadurch eine gute Ausnutzung der Umrichter gewährleisten. Diese Tatsache wird als besonders vorteilhaft angesehen. 



   Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung und die mit ihr erzielten Vorteile werden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert :
Die dargestellte Schaltungsanordnung umfasst drei Umrichter--1, 2,3--, die über einen Transformator --4-- mit drei getrennten Sekundärwicklungen an ein dreiphasiges Drehstromnetz --5-- mit den   Phasenleitern --U,   V,   W-- angeschlossen sind. Als Umrichter --1,   2, 3-- sind Umkehrstromrichter vorgesehen, insbesondere Direktumrichter. Jeder   Umrichter --1, 2, 3-- enthält   zwei gegenparallele Teilstromrichter mit steuerbaren Ventilen, insbesondere Thyristoren, in Drehstrombrückenschaltung. 



  Jeweils ein Ausgangsleiter der Umrichter --1, 2, 3-- ist an einen gemeinsamen Umrichtersternpunkt - angeschlossen. Der jeweilige andere Ausgangsleiter ist mit einer der   Klemmen-R,   S, T--einer Drehfeldmaschine --6-- verbunden, deren Wicklungen in Stern geschaltet sind. Die Drehfeldmaschine   - -6--,   die sowohl als Synchron- als auch als Asynchronmaschine ausgeführt sein kann, stellt eine symmetrische dreiphasige Last dar. Der Maschinensternpunkt --MM-- der Drehfeldmaschine --6-- ist herausgeführt eingezeichnet. Der Maschinensternpunkt-MM--ist nicht mit dem Umrichtersternpunkt - verbunden. 



   Jedem der drei   Umrichter --1,   2, 3-- ist ein insbesondere linearer Steuersatz--7, 8, 9-zugeordnet. Diese   Steuersätze   versorgen die steuerbaren Ventile der Umrichter mit Zündimpulsen mit vorgegebenem Steuerwinkel und in festgelegter Reihenfolge in Abhängigkeit von Steuerspannungen   - Ug , Ug , Ugg-.   Die Steuersatz-7, 8, 9-- sind jeweils Bestandteil eines Regelkreises. Jedem der drei Umrichter --1 bzw. 2 bzw. 3-- ist somit jeweils ein Stromregelkreis zur Regelung des lastseitigen   Leiterstromes --11   bzw. 12 bzw.   Ig-mit Stromreglem-58   bzw. 59 bzw.   60-- zugeordnet.   



   Die    Steuerspannung --Us1-- für den Steuers atz --1-- wird   daher vom Stromregler --58-- geliefert, 
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 Verlauf auf. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Potentiometer ebenfalls mit einem zeitlich sinusförmigen Strom gespeist wird. Man wird jedoch im allgemeinen den Strom-Sollwert von speziellen bekannten Sollwertgebern abgreifen, die ein dreiphasiges System von Sollwertspannungen liefern. 



   Dem Umrichter --2-- ist ein gleichartig aufgebauter Regelkreis mit dem   Stromregler --59-- und   einem vorgeschalteten Vergleichsglied --62--, sowie dem Umrichter --3-- ein Stromregelkreis mit einem   Stromregler --60-- und   einem vorgeschalteten Vergleichsglied --63-- zugeordnet. Die Vergleichsglieder   - 61   bzw. 62 bzw. 63-- vergleichen jeweils die zugehörigen   Strom-Istwerte --11   bzw.   12   bzw.   13-- mit   den   * * * " *    
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 Zeitkonstante der Maschinenzeitkonstante entspricht. Das Verzögerungsglied --67-- ist eingangsseitig von der Differenz der Sternpunktspannung am   Umrichtersternpunkt-M-und   der Sternpunktspannung am Maschinensternpunkt-MM--beaufschlagt.

   Die Sternpunktspannung am Umrichtersternpunkt-MU--wird von einem   Spannungsmesswandler --64-- und   die Sternpunktspannung am Masehinensternpunkt-MM--von einem   Spannungsmesswandler --65-- potentialfrei erfasst.   Ein Differenzverstärker --66-- bildet aus den beiden Sternpunktspannungen eine potentialfreie Spannungsdifferenz. 



   Bei der dargestellten Schaltungsanordnung ist somit jedem der drei Umrichter eine eigene Stromregelung zugeordnet. Hiedurch entstehen zunächst drei voneinander unabhängige Regelkreise. Die Ausgangsspannungen der drei Stromregler werden den jeweiligen   Steuersätzen   als Steuerspannungen zugeführt und beeinflussen somit die entsprechenden Umrichter. Die von den Umrichtern erzeugten Spannungen sind die Klemmenspannungen der Maschine. In der Maschine bildet jeweils die Differenz zwischen der Klemmenspannung und der induzierten Gegenspannung einer Phase über die Zeitkonstante der Ständerwicklung den Ständerstrom, welcher dem jeweiligen Stromregler wieder als Istwert zugeführt wird.

   Wenn der Umrichtersternpunkt mit dem Maschinensternpunkt nicht verbunden ist, so wirkt jedoch jeder Umrichter auf alle drei Ständerströme, und zwar mit einem Faktor 2/3 auf die eigene Phase und mit einem   Faktor -1/3   auf die beiden andern Phasen. Diese Verkopplungen würden ein instabiles Verhalten bewirken, da die Stromregler versuchen würden, den störenden Koppeleinfluss   auszurege1n.   Dieser störende Koppeleinfluss wird bei der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung durch die Einspeisung eines Zusatzsollwertes auf alle drei Stromregler vermieden. Dies ist möglich, weil sich der Einfluss der Kopplung auf ein Nullsystem zurückführen lässt, wobei die Spannungsdifferenz zwischen den Sternpunktspannungen am Umrichtersternpunkt und am Maschinensternpunkt der Summe der Klemmenspannungen der Maschine proportional ist.

   Diese Spannungsdifferenz wirkt über die Maschinenzeitkonstante auf die drei Ständerströme. Diese Wirkung wird bei der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung durch eine Rechenschaltung nachgebildet. Hiezu wird die Differenz der Sternpunktspannungen am Umrichtersternpunkt und am Maschinensternpunkt gemessen und über ein Verzögerungsglied --67-- geführt, dessen Zeitkonstante der Maschinenzeitkonstante entspricht. Der verzögerte Wert der Spannungsdifferenz wird allen drei 
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Zusatzsollwert-Idadurch verhindert. 



   In der dargestellten Schaltungsanordnung ist noch eine Kommandostufe --22-- eingezeichnet, die mit den   Strom-Istwerten--11, 123 13--angesteuert   ist. Diese Strom-Istwerte können beispielsweise wieder von den   Strommesswandlern --68,   69, 70-- geliefert werden. Die Kommandostufe --22-- bildet für jeden   Steuersatz --7,   8, 9-- ein Signal, welches angibt, für welchen seiner beiden Teilstromrichter die Steuerimpulse freigegeben werden sollen. Beispielsweise wird bei einem positiven   Leiterstrom --11-- der obere   Teil des   Umrichters --1-- freigegeben.   Es ist jedoch auch möglich, der Kommandostufe --22-- nur zwei Strom-Istwerte einzugeben,   beispielsweise--11, 12--, und   die Bedingung auszunutzen, dass die Summe der drei Leiterströme gleich Null sein muss.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Schaltungsanordnung mit einer ungeradzahligen Anzahl von Umrichtern, insbesondere mit einer Anzahl m aus einem Wechselspannungsnetz gespeisten Direktumrichtern, die in symmetrischer m-phasiger Sternschaltung an eine m-phasige symmetrische Last unter Ausschluss einer direkten Verbindung zwischen <Desc/Clms Page number 3> dem Sternpunkt der Umrichter und dem Sternpunkt dieser Last angeschlossen sind, wobei die Leiterspannungen an der Last jeweils einen vorgegebenen periodischen zeitlichen Verlauf besitzen und gemeinsam ein symmetrisches System bilden, dadurch gekennzeichnet, dass den Steuersätzen (7,8, 9) der Umrichter (1,2, 3) jeweils ein Stromregler (58,59, 60) zugeordnet ist, wobei jeder Stromregler (z.

   B. 58) eingangsseitig jeweils von einem Strom-Istwert (11) und einem Strom-Sollwert CIl) für den betreffenden Umrichter (1) sowie von einem für alle Stromregler (58,59, 60) gemeinsamen EMI3.1 (MU) der Umrichter (1,2, 3) und dem Sternpunkt (MM) der Last (6) erfasst und über ein Verzögerungglied (67) geführt ist, dessen Zeitkonstante der Zeitkonstante der Last (6) entspricht.