DD261032A1

DD261032A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CONTROLLABLE POTENTIAL-SEPARATED ENERGY TRANSMISSION OR BZW. - TRANSFORMATION FROM THE THREE PHASE NETWORK

Info

Publication number: DD261032A1
Application number: DD30406387A
Authority: DD
Inventors: Eckhard Thal; Helmut Hanisch
Original assignee: Elektroprojekt Anlagenbau Veb
Priority date: 1987-06-22
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1988-10-12

Abstract

Die Schaltungsanordnung dient der steuerbaren potentialgetrennten Energieuebertragung mittels eines Gegentaktwandlers. Die Anschluesse der Primaerwicklung des Gegentaktwandlers werden wechselweise an die Phasen der Eingangsspannung geschaltet. Der Verbindungspunkt beider Teilwicklungen der Primaerwicklung ist zur Bildung von Freilaufkreisen ueber Dioden mit dem Dreiphasennetz verbunden. Die Dauer der Aufrechterhaltung des Freilaufkreises wird als Stellgroesse fuer die Hoehe der Ausgangsspannung wirksam. Die Schaltung ist ohne Zwischenkreisspeicherelemente realisierbar. Fig. 1The circuit arrangement serves the controllable electrically isolated energy transmission by means of a push-pull converter. The terminals of the primary winding of the push-pull converter are alternately switched to the phases of the input voltage. The connection point of both partial windings of the primary winding is connected to the formation of free-wheeling circuits via diodes with the three-phase network. The duration of the maintenance of the freewheeling circuit is effective as a manipulated variable for the height of the output voltage. The circuit can be realized without intermediate circuit memory elements. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur steuerbaren potentialgetrennten Energieübertragung bzw. -Wandlung aus einem dreiphasigen Speisenetz mittels eines Gegentaktwandlers ohne Energiezwischenspeicher.The invention relates to a circuit arrangement for controllable electrically isolated energy transmission or conversion from a three-phase feed network by means of a push-pull converter without intermediate energy storage.

Characteristic of the known technical solutions

Zur potentialgetrennten Energieübertragung ist bekannt, aus dem Speisenetz mittels eines Trennformators die Energie zu übernehmen. Dem Trenntransformator kann zur Steuerung des Energieflusses eine Steuerschaltung nach- oder vorgeordnet sein, z. B. ein gesteuerter Gleichrichter oder Umrichter. Nachteilig an diesen bekannten Einrichtungen ist, daß ein recht hoher Aufwand für die mehrfache Energieübertragung erforderlich ist und daß insbesondere durch den netzseitigen Trenntransformator eine starke Verschlechterung des Masse-Leistungs-Verhältnisses und eine Vergrößerung des Volumens zu verzeichnen ist.For electrically isolated energy transfer is known to take over from the feed network by means of a separator, the energy. The isolation transformer may be followed by a control circuit for controlling the flow of energy or upstream, z. B. a controlled rectifier or inverter. A disadvantage of these known devices that a fairly high cost of the multiple energy transfer is required and that in particular by the network-side isolation transformer a strong deterioration of the mass-power ratio and an increase in the volume is recorded.

Weiterhin sind Lösungen bekannt, die nach dem Prinzip des Schaltnetzteils arbeiten. Hierbei erfolgt die Energieübertragung mittels magnetischer Übertrager, die mit einer hohen Schaltfrequenz betrieben werden. Dabei wird zunächst die Netzwechselspannung in eine Gleichspannung umgewandelt und über Energiezwischenspeicher einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung der zur magnetischen Übertragung erforderlichen Wechselspannung mit hoher Schaltfrequenz zugeführt. Nachteilig sind der erhebliche Aufwand für die mehrfache Energieumwandlung und die notwendigen Energiezwischenspeicher. Aus dem DD-WP (WP H02M/291798.4) ist eine Schaltungsanordnung zur gesteuerten potentialgetrennten Energieübertragung aus dem Einphasennetz ohne Verwendung von Energiezwischenspeichern bekannt. Ein Nachteil dieser Schaltungsanordnung ist die in der Ausgangsspannung enthaltene netzfrequente Schwebung. Insbesondere in der Nähe der Nulldurchgänge der Speisewechselspannung ist infolge dieser Schwebung eine kontinuierliche Energiezufuhr an einen angeschlossenen Verbraucher nicht gewährleistet.Furthermore, solutions are known which operate on the principle of the switching power supply. Here, the energy transfer takes place by means of magnetic transformers, which are operated at a high switching frequency. In this case, first the AC mains voltage is converted into a DC voltage and fed via energy buffer of a circuit arrangement for generating the required for magnetic transmission AC voltage with high switching frequency. Disadvantages are the considerable expense for the multiple energy conversion and the necessary intermediate energy storage. From DD-WP (WP H02M / 291798.4) a circuit arrangement for the controlled isolated power transmission from the single-phase network without the use of intermediate energy storage is known. A disadvantage of this circuit arrangement is the power frequency beating contained in the output voltage. In particular, in the vicinity of the zero crossings of the AC supply voltage, a continuous supply of energy to a connected consumer is not guaranteed as a result of this beating.

Nun ist mit der DE-OS 2106310(H 02 m5/16) bereits eine Lösung zur Energieübertragung bekannt, bei der durch Netzung aller drei Phasen eines Drehstromnetzes eine derartige Schwebung weitgehend vermieden wird. Die Schaltung ist jedoch nicht geeignet zur Erzeugung steuerbarer Sekundärspannungen.Now, with the DE-OS 2106310 (H 02 m5 / 16) already known a solution for power transmission, in which by networking all three phases of a three-phase network such a beating is largely avoided. However, the circuit is not suitable for generating controllable secondary voltages.

Object of the invention

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer unaufwendigen Anordnung zur potentialgetrennten steuerbaren Energieumwandlung bzw. Übertragung mit weitgehend kontinuierlicher Energiezufuhr an den Verbraucher.The invention aims to provide an inexpensive arrangement for electrically isolated controllable energy conversion or transmission with largely continuous energy supply to the consumer.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur potentialgetrennten steuerbaren Energieübertragung aus einem dreiphasigen Speisenetz unter Vermeidung von Energiezwischenspeichern zu schaffen.The invention has for its object to provide a circuit arrangement for electrically isolated controllable energy transfer from a three-phase feed network while avoiding energy buffers.

Die Aufgabe wird mittels eines Gegentaktübertragers erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß vollgesteuerte Halbleiterschaltelemente für eine wechselweise Anschaltung jeder der drei Phasen der Eingangsspannung an die Enden von zwei in Reihe geschalteten Teilwicklungen der Primärwicklung des Gegentaktübertragers vorgesehen sind. Der Verbindungspunkt beider Teilwicklungen der Primärwicklung ist zur Bildung von Freilaufkreisen über Dioden mit dem Dreiphasennetz verbunden.The object is achieved by means of a push-pull transformer according to the invention in such a way that fully controlled semiconductor switching elements are provided for alternately connecting each of the three phases of the input voltage to the ends of two series windings of the primary winding of the push-pull. The connection point of both partial windings of the primary winding is connected to form free-wheeling circuits via diodes with the three-phase network.

Die Dauer der Aufrechterhaltung des Freilaufkreises wird als Stellgröße für die Höhe der in der Sekundärwicklung induzierten Ausgangsspannung wirksam. Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung wird die Dauer der Aufrechterhaltung desThe duration of the maintenance of the freewheeling circuit is effective as a manipulated variable for the amount of induced in the secondary winding output voltage. According to a further embodiment of the invention, the duration of the maintenance of the

Freilaufkreises durch die von der Magnetisierung des Übertragerkerns bzw. durch die von einer vorgegebenen Pulsfrequenz abhängige Einschaltdauer des jeweiligen Freilaufventils festgelegt.Freewheeling circuit determined by the dependent of the magnetization of the transformer core or by the dependent of a predetermined pulse frequency duty cycle of the respective freewheel valve.

Als vollsteuerbare Halbleiterschaltelemente sind abschaltbare Thyristoren (GTO-Thyristoren) bzw. Reihenschaltungen von Dioden und Transistoren verwendbar.Shut-off thyristors (GTO thyristors) or series connections of diodes and transistors can be used as fully controllable semiconductor switching elements.

embodiment

Die Erfindung wird an Hand der Fig. 1 bis 3 in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 3 in one embodiment.

Fig. 1: zeigt ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung; Fig. 2: zeigt einen Ausschnitt aus dem Verlauf der Ausgangsspannung, sowie die Einschalt- bzw. Stromleitzeiten der beteiligtenFig. 1: shows a schematic diagram of the circuit arrangement according to the invention; Fig. 2: shows a section of the course of the output voltage, and the switch-on or Stromleitzeiten the involved

Ventile; Fig.3: zeigt das Dreiphasensystem des Speisenetzes, sowie die hiervon abgeleiteten erlaubten Zünd- und Leitbereiche der vollsteuerbaren Halbleiterventile.valves; 3 shows the three-phase system of the feed network, as well as the hereby derived allowed ignition and control ranges of the fully controllable semiconductor valves.

Nach Fig. 1 wird das dreiphasige Speisenetz Ur, Us, U_t den Klemmen u, v, w einer Schalteranordnung 2, die insbesondere aus sechs Halbleiterschaltelementen V1 bis V6, z. B. abschaltbaren Thyristoren, sowie drei Dioden V7 bis V9 besteht, zugeführt.According to Fig. 1, the three-phase supply network Ur, Us, U _t the terminals u, v, w of a switch assembly 2, in particular of six semiconductor switching elements V1 to V6, z. B. turn-off thyristors, and three diodes V7 to V9 is supplied.

Die Zündung der abschaltbaren Thyristoren V1 bis V6 ist dann möglich, wenn an ihnen Blockierspannung anliegt. Für den Thyristor V1 beispielsweise ist diese Bedingung erfüllt, wenn die Spannung U_R._S größer Null oder die Spannung Ur.t größer Null ist (s. Fig.3). Nach dem Zünden von Thyristor V1 zum Zeitpunkt t, ergibt sich für den Fall, daß die Spannung Ur.s größer als die Spannung Ur.t ist ein Stromfluß im Kreis: u-V1-a-W1-b-V8-v.The ignition of the turn-off thyristors V1 to V6 is possible when blocking voltage is applied to them. For the thyristor V1, for example, this condition is met when the voltage U _R. _{S is} greater than zero or the voltage Ur.t is greater than zero (see FIG. After the ignition of thyristor V1 at time t, in the event that the voltage Ur.s is greater than the voltage Ur.t is a current flow in the circuit: u-V1-a-W1-b-V8-v.

Die Teilwicklungen W1 und W2 der Primärwicklung des Gegentaktübertragers 1 sind über die Klemmen a, b, can die Schalteranordnung 2 angeschlossen. Infolge der magnetischen Kopplung werden im betrachteten Fall des Stromflusses durch die Teilwicklung W1 in der Teilwicklung W2 und der Sekundärwicklung W3 Spannungen induziert. In der Sekundärwicklung W3 wird die Sekundärspannung U 2 induziert, aus der ein angeschlossener Verbraucher gespeist werden kann. Die in der Teilwicklung W2 induzierte Spannung liegt für den Thyristor V6 als Blockierspannung an. Zu einem vom Ansteueralgorithmus vorgegebenen Zeitpunkt t2 wird der Thyristor V6 gezündet. Nach einer kleinen Kommutierungszeit y = t₃ - t₂wird zum Zeitpunkt t₃ der Thyristor V1 abgeschaltet. Die magnetische Feldenergie des Gegentaktübertragers 1 treibt einen Stromfluß im Freilaufkreis: V6-c-W2-b-V9-V6.The partial windings W1 and W2 of the primary winding of the push-pull transformer 1 are connected via the terminals A, B, CAN, the switch assembly 2. As a result of the magnetic coupling voltages are induced in the considered case of the current flow through the partial winding W1 in the partial winding W2 and the secondary winding W3. In the secondary winding W3, the secondary voltage U 2 is induced, from which a connected consumer can be fed. The induced voltage in the partial winding W2 is applied to the thyristor V6 as a blocking voltage. At a given by the control algorithm time t2 of the thyristor V6 is ignited. After a small commutation time y = t ₃ -t ₂ , the thyristor V1 is switched off at the time t ₃ . The magnetic field energy of push-pull transformer 1 drives a current flow in the freewheeling circuit: V6-c-W2-b-V9-V6.

Die Spannung an der Primärwicklung W2 des Gegentaktübertragers 1 ist während des Freilaufvorganges gleich der Flußspannung der Thyristoren V6und V9, d.h. die Flußänderung im magnetischen Kreis des Gegentaktübertragers 1 während des Freilaufvorganges ist sehr klein. Damit wird die in der Sekundärwicklung W3 induzierte Sekundärspannung U 2 praktisch gleich Null und einem an der Sekundärwicklung W3 angeschlossenen Verbraucher wird keine Energie mehr zugeführt.The voltage across the primary winding W2 of the push-pull transformer 1 during the free-running operation is equal to the forward voltage of the thyristors V6 and V9, i. the flux change in the magnetic circuit of the push-pull 1 during the freewheeling process is very small. Thus, the induced in the secondary winding W3 secondary voltage U 2 is practically zero and a connected to the secondary winding W3 consumer no energy is supplied.

Zu einem durch die Taktfrequenz bzw. durch den Grad der Magnetisierung des Übertragerkerns vorgegebenen Zeitpunkt t₄ wird nun Thyristor V4 gezündet. Nunmehr liegt die Spannung U_R._S in einer der vorhergehenden Magnetisierungsrichtung des Übertragerkerns entgegengesetzten Polarität an der Teilwicklung W2 an und treibt einen Strom im Kreis: u-V4-c-W2-b-V8-v. In der Sekundärwicklung W3 wird eine Spannung U 2 mit entgegengesetzter Polarität induziert (s. Fig. 2) und es erfolgt eine Ummagnetisierung des Kerns des Gegentaktübertragers 1 in die entgegengesetzte Richtung.At a given by the clock frequency or by the degree of magnetization of the transformer core time t ₄ thyristor V4 is now ignited. Now the voltage U _{R is} . _S in a direction opposite to the previous magnetization direction of the transformer core opposite polarity at the partial winding W2 and drives a current in the circle: u-V4-c-W2-b-V8-v. In the secondary winding W3, a voltage U 2 is induced with opposite polarity (see Fig. 2) and there is a remagnetization of the core of the push-pull transformer 1 in the opposite direction.

Für den Fall, daß zum Zeitpunkt t₄ die Spannung Ur.t größer ist als die Spannung Ur.s, fließt nach dem Zünden von Thyristor V4 ein Strom im Kreis: u-V4-c-W2-b-V9-w. Die Polarität der Spannung an der Teilwicklung W2 ist in diesem Fall die gleiche, wie im zuerst beschriebenen Fall: U_R._S größer als U_R._T; desgleichen die Polarität der Sekundärspannung U 2.In the event that at time t _4, the voltage Ur.t is greater than the voltage Ur.s, after the ignition of thyristor V4, a current flows in a circle: u-V4-c-W2-b-V9-w. The polarity of the voltage at the partial winding W2 in this case is the same as in the case described first: U _R. _S greater than U _R. _T ; likewise the polarity of the secondary voltage U 2.

Die nachfolgende Freilaufetappe wird je nach dem Spannungsverhältnis zwischen den Spannungen Ur.s und Ur.t durch Zünden von Thyristor V2 oder V3 eingeleitet. Durch Variieren der Freilaufzeit t_f = t₄ - t₂kann eine Verlängerung bzw. Verkürzung des in der Sekundärwicklung W3 induzierten Spannungsblocks und auf diese Weise eine Stellung der Sekundärspannung U 2 erreicht werden.The subsequent freewheeling stage is initiated by firing of thyristor V2 or V3, depending on the voltage ratio between the voltages Ur.s and Ur.t. By varying the freewheeling time t _f = t ₄ -t ₂ , an extension or shortening of the voltage block induced in the secondary winding W3 and in this way a position of the secondary voltage U 2 can be achieved.

Die beschriebenen Abläufe gelten für den in Fig.3 hervorgehobenen Zeitabschnitt ab t = t|. Die Ansteuerung der abschaltbaren Thyristoren V1 bis V6 bei anderen Momentanwerten und Phasenlage der Netzeingangsspannungen erfolgt entsprechend den in Fig.3 gezeigten erlaubten Zündbereichen in Analogie zum beschriebenen Beispielzeitbereich.The processes described apply to the time period highlighted in FIG. 3 from t = t |. The triggering of the turn-off thyristors V1 to V6 at other instantaneous values and phase position of the mains input voltages takes place in accordance with the permitted ignition ranges shown in FIG. 3 in analogy to the example time range described.

Die Vorteile der Erfindung sind neben einem relativ geringen schaltungstechnischen Aufwand und einer Verbesserung des Masse-Leistungs-Verhältnisses infolge des Wegfalls von Zwischenkreisspeicherelementen insbesondere in der erheblichen Reduzierung von Schwebungen in der Ausgangsspannung gegenüber dem Stand der Technik zu sehen.The advantages of the invention can be seen in addition to a relatively low circuit complexity and an improvement in the mass-power ratio due to the omission of intermediate circuit memory elements in particular in the significant reduction of beats in the output voltage over the prior art.

Claims

1. Circuit arrangement for controllable electrically isolated energy transfer or conversion from the three-phase network by means of a push-pull transformer, characterized in that

- Fully controlled semiconductor switching elements (V 1 to V6) for an alternate connection each

The three phases of the input voltage (U _R , U ₃ , U _T ) are provided at the ends of two series-connected partial windings (W 1, W 2) of the primary winding of the push-pull transformer, and

- The connection point (b) of both partial windings (W 1, W2) of the primary winding of the push-pull transformer to form freewheeling circuits via diodes (V7 to V9) is connected to the three-phase network.

2. A circuit arrangement according to claim Ί, characterized in that are used as semiconductor switching elements (V 1 to V6) turn-off thyristors.

3. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that as semiconductor switching elements (V 1 to V6) series circuits of diodes and transistors are used.