DE1961104B2 - Geregelter drehstromwechselrichter mit drei zu einem drehstromsystem zusammengekoppelten einphasenwechselrichtern - Google Patents

Description

Iu lon;

Phasendrehung verursachen, du sonst die Winkeltreue 31' bestehen, von welchen der eine Wechselrichtertles Drehstromsystems nicht erhalten bleibt. Dies satz 11, 21, 31 eine feste Phasenlage hut, der andere erfordert z. B. Reihenresonanzkreise als Utngsimpe- Wechselrichtersatz 11', 21', 31' in der Phasenlage vtrdanzen im Filter, die aufwendig sind und weiter den änderbar ist. Jeder Wechselrichtersatz hat einen AusNachteil haben, daß die Ausgangsspannung des 5 gangstransformator 12, 12'; 22, 22'; 32, 32', und es Wechselrichters beim Anschluß von Motoren zu sind bei jedem Einphasenwechselrichter die Ausgangs-Pendelungen neigt. Es ist auch die elektronische transformatoren der betreffenden Wechselrichte! salze Steuerung bei diesem Verfahren für die Spannungs- sekundärseitig in Reihe geschaltet. Die drei Einphasenregelung aufwendig. wechselrichter 1, 2, 3 sind über diese paarweise in

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese to Reihe geschalteten Ausgangstransformatoren zu einem Nachteite zu vermeiden, zugleich aber auch die Vor- Drehstromsystem mit einem Sternpunkt Si'zusammenteile der Wirksamkeit der Einzelregelung bei unsym- gefaßt. In die drei Phasenleitungen ist je eine Reihenmetrischer Belastung, so wie diese bei bekannten drossel 14, 24, 34 geschaltet. Hinter den Reihen-Drehstromwechselrichtern zur Sicherung der 120°- drosseln ist ein Sternpunkttransformator 15, 25, 35 Phasenbeziehung zwischen den Phasenlastspannungen 15 angeschlossen. An den belastbaren Sternpunkt Sl gegeben sind, zu erhalten und darüber hinaus auch eine dieses Transformators ist der Mp-Leiter des Drehweitgehende Unterdrückung der dritten Oberwelle in Stromsystems RST angeschlossen, an welches die nicht den Phasenlastspannungen zu erreichen. ia der Zeichnung dargestellten drei- und einphasigen

Ein Drehstromwechselrichter der eingangs bezeich- Verbraucher angeschloi. <n sind. Das Sinusfilter ent-

neten Art, welcher diesen Anforde-ungen genügt, ist 20 hält außer den Reihendrossf In 14, 24, 34 drei zwischen

erfindungsgemäß so ausgeführt, daß ein an das Dreh- den Phasenleitungen RST und dem Mp-Leiter geschal-

stromsystem zwischen den Reihenimpedanzen der tete Kondensatoren 16, 26, 36 und drei Drosseln 16',

Sinusfilter und dem Drehstromausgang angeschlosse- 26', 36'.

ner Sternpunkttransformator vorgesehen ist, dessen Für die Steuerung der Einphasenwechselrichter ist

Sternpunkt sowohl als Anschluß für den Mp-Leiter 25 ein gemeinsamer Frequenzgeber 13 vorgesehen. Dem

als auch als Basis zur Erfassung der Istgrößen der Einphasenwechselrichter 1 wird die Steuerspannung

Phasenlastspannungen dient. aus dem Frequenzgeber 13 direkt zugeführt. Den Ein-

Die Erfindung bezieht sich vorzugsweise auf solche phasenwechselrichtern 2 und 3 wird die Steuerspan-Drehstrom wechselrichter der eingangs Dezeichneten nung über 120°-Phasenschwenkglieder 23, 33 zuge-Art, bei welchen die Einphasenwechselrichter aus 30 führt. Von den drei Phasenleitungen geht je eine mindestens je zwei Wechselrichtersätzen zusammen- Fühlleitung 17, 27, 37 zu einem Regelverstärker 18, gesetzt sind und bei welchen zumindest die Ausgangs- 28, 38 und vom Mittelpunktleiter MP bzw. vcm spannung eines Wechselrichtersatzes durch den Regel- Sternpunkt St des Sternpunkttransformators eine gecinfluß in der Phasenlage veränderbar ist. Die Erfin- meinsame Leitung L zu den Regelverstärkern. Über dung bezieht sich ferner auf solche Drehstromwechsel- 35 diese Leitungen werden die Istgrößen der drei Lastrichter der eingangs bezeichneten Art, bei welchen die spannungen Un, Us, Ur erfaßt, v.'obei das Potential Einr^iasenwechselrichter aus je zwei durch den Regel- des Sternpunktes St des Sternpunkttransformators als einfluß in der Phasenlage gegeneinander verstellbaren Meßbasis dient. In den Regelverstärkern werden die Wechselrichterteilen bestehen. Beträge der Istgrößen mit vorgegebenen gleich großen

Durch die Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß 40 Beträgen der Sollgrößen verglichen, auf die die drei

bei jeder beliebigen unsymmetrischen Last die Sym- Phasenlastspannungen konstant geregelt werden sollen,

metrie des Drehstromsystems erhalten bleibt, ohne Die dadurch gewonnenen verstärkten Regelabwei-

dalJ aufwendige Steuerungsmittel oder aufwendige chungsgrößen wirken auf Phasenschiebglieder 19, 29,

Sinuslilter erforderlich sind. 39 ein, welche jeweils dem Steuereingang des in der

Durch die Erfindung wird weiter dei¹ Vorteil erzielt, 45 Phasenlage zu verstellenden Wechselrichtersatzes 11', daß. wie schon erwähnt, in den Phasenlastspannungen 2Γ, 3Γ der Einphasenwechselrichter vorangeschaltet die dritte Oberwelle weitgehend unterdrückt wird, so sind. Zur Spannungsregelung werden die von den daß die Sicbmittil in der Schaltung des Sinusfilters Wechselrichtersätzen 11', 2Γ, 3Γ erzeugten Wechselreduziert werden können. Ferner werden durch den spannungen U_n, U-_n, U_x, in Abhängigkeit von den Stcrnpunkttransformator die ungleichen Phaser.lasi- 30 Regelabweichungen gegenüber den Wediselspannunströmc besser auf die drei Phasen verteilt. Dadurch gen U₁₂, U_n, U₃₂ der Sätze 11, 21, 31 und damit die werden bei unsymmetrischer Belastung die Regel- Aiisgangsspannungcn i/,, U₂, V₃ der Wechselrichter 1, abweichungen und schließlich auch die erforderlichen 2, 3, die aus den Spannungen an der. Transformatoren Regelbereiche und die Regclzeiten kleiner als bei 12, 12'; 22, 22'; 32, 32' zusammengesetzt sind, nach einem Wechselrichter ohne Stcrnpunkttransformator. 55 dem Prinzip des Drehtransformators, in der Phascn-

Zur näheren Erläuterung der Erfindung an einem lage so verschoben, daß die Phasenlastspannungcn Un,

Ausführungsbeispiel wird nun auf die F i g. 1 und 2 Ug, Ut entsprechend den vorgegebenen Sollbeträgen

Bezug genommen. konstant bleiben.

F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild eines Drehstrom- Damit sind auch die Flüsse in den Schenkeln des

Wechselrichters; 60 zweckmäßig als Dreischenkeltransformator ausgeführ-

F i g. 2 i-eigt ein Zeigerdiagramm der Spannungen ten Sternpunkttransformators den Beträgen nach

und Ströme des geregelten Wechselrichters nach gleich, da auf Grund der Flußbedingungen des Trans-

F i g. 1 bei einphasiger ohmscher Belastung der formators ihre vektorielle Summe gleich Null ist, so

Phase T. daß auch bei beliebiger Last die 120°-Symmctric der

Als Ausfiihringsbeispiel ist ein Drehstromwechsel- 65 Spannungen des Drehstromsystems RST erhalten

richter der eingangs bezeichneten Art gewählt, bei dem bleibt. Auf Grund der unterschiedlichen Spannungs-

die Einphasenwechselrichter 1, 2, 3 aus je zwei selb- abfalle U_lt> i/₂„ U₃₄ an den Längsimpedanzen 14, 24,

ständigen Wechselrichtcrsätzen 11, 1Γ; 21, 2Γ; 31. 34 ergeben sich jedoch bei unsymmetrischer Last für

die Spannungen t/,, U₂, U₃ der Einzelwechselrichter 1, 2, 3 unterschiedliche Beträge und Phasenwinkel. Die Belastung wird durch den Sternpunkttransformator im Verhältnis '/3^: Vs^: Vs ^ai'f die drei Einphasenwechselrichter 1, 2, 3 aufgeteilt. Aus der Stromaufteilung It, Λ4» 4·ι> An ergeben sich die Spannungen U_u, U_2i, U_M an den Reihendrosseln 14, 24, 34 und damit die Eck punkte R', S', T des Spannungsdreiecks der Einphasenwechselrichter 1, 2, 3. Der Sternpunkt Si' ergibt sich aus der Bedingung, daß die Beträge der Spannungen U_n, U'_vl\ U_n, U&; U_3t, U& an 12, 12'; 22, 22'; 32, 32' jeweils gleich und die Spannungen U_n, U_n, U₃2 an 12, 22, 32 um 120° gegeneinander phasenverschoben sind, während die Spannung U'_a gegen die Spannung U_n, ferner die Spannung U& gegen U_n und die Spannung IAJ₂ gegen l/_3J von den Regelverstärkern 18, 28, 38 in Abhängigkeit von den Ausgangsspannungen jeweils so in der Phase verschoben sind, daß die Einphasenwechselrichter 1, 2, 3 die zur Konstanthaltung der Ausgangsspannungen erforderlichen Spannungen ergeben.

Da in den Phasenlastspannungen Un, Us, Ut die dritte Oberwelle der Wechselrichtergrundschwingung bei symmetrischer Last vollständig und bei Schieflast teilweise wegfällt, wird auch der erforderliche Aufwand für die Siebmittel des Siniisfilters kleiner. Bei einem Drehstrom-Wechselrichter gemäß der Erfindung kann im Vergleich zu bekannten Drehstrom-Wechselrichtern ein Klirrfaktor, der kleiner als z. B. 5°/o ist, mit einem geringeren Aufwand an Siebmitteln oder bei geringerer Bemessung der Siebmittel erzielt werden. Je nach Anforderungen und Anwendungen sind verschiedene Bemessungen und Ausführungsformen des Filters und deren Kombinationen möglich. So können zur besseren Unterdrückung des bei Schieflast in den Phasenlastspannungen verbleibenden Anteiles der dritten Oberwelle zusätzliche Saugkreise 16", 26", 36" vorgesehen sein. Weiter können je nach Art der Last an Stelle der Reihendrosseln 14, 24, 34 auch auf die Grundfrequenz des Wechselrichters abgestimmte Rei-

ao henresonanzkreise in bekannter Ausführung verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichm'agen

Claims (4)

1 2 stromversorgung auch für die Speisung von Drehstrom- Patentansprüche: motoren und anderer Drehstromverbraucher werden statische Drehstromwechselrichter, insbesondere Thy-

1. Geregelter Drehstromwechselrichter mit drei ristoi wechselrichter, verwendet. Da diese Wechselüber Ausgangstransformatoren und ein eine Rei- 5₉richter im allgemeinen ein Dreileiter- oder Vierleiterhenimpedanz enthaltendes Sinusfilter zu einem netz speiaen, an das verschiedenartige Verbraucher Drehstromsystem mit belastbarem Sternpunkt in angeschlossen werden, ist es zweckmäßig, iaß sie air Sternschaltung zusammengekoppelten Eiuphasen- Abgabe einer sinusförmigen Ausgangsspannung und wechselrichtern, deren Ausgangsspannungsblöcke mit Spannungsregelung ausgeführt sind.

in der Breite einzeln so veränderbar sind, daß die ;o Bei Drehstromwechselrichtern der einleitend be-Phasenlastsnannungen auch bei unsymmetrischer zeichneten Zusammensetzung werden die drei EinBelastung des Drehstromsystems auf gleiche Soll- phasenwechselriciuer durch drei um je 120° versetzte betrage regelbar sind, und mit einer Einrichtung Steuerspannungen angesteuert. Die Steuerspannungen zur Erfassung der Istwerte der Phasenlastspannun- werden z. B. von einem Steueroszillator geliefert, gen für die Regelung, dadurch gekenn- »5 welcher einen der Einphasenwechselrichter direkt und zeichnet, daß ein an das Drehstromsystem die beiden anderen Wechselrichter über 120°-Phasen- (RST) zwischen den Reihenimpedanzen der Sinus- Schwenkglieder ansteuert. Es ist für die Spannungsfilter und dem Drehstromausgang angeschlossene)· regelung dieser Wechselrichter bekannt, daß jeder Sternpunkttransforrnator (15, 25, 35) vorgesehen Einphasenwechselrichter aus zwei selbständigen Wechist, dessen Sternpunkt (St) sowohl als Anschluß 20 selrichtersätzen mit in Reihe geschalteten Ausgangsfür den Mp-Leiter als auch als Basis zur Erfassung transformatoren mit zweckmäßig gleich großen Ausder Istgrößen der Phasenlastspannungen (Ur, Us, gangsspannungen besteht und die Spannung der Dreh- Ut) dient. stromverbraucher dadurch geregelt wird, daß bei

2. Drehstromwechselrichter nach Anspruch 1, jedem der drei rinphasenwechselnchter die Phasendadurch gekennzeichnet, daß die Einphasenwech- 25 lage der Ausgangsspannung von einem der beiden selrichter (1, 2, 3) aus mindestens je zwei Wechsel- Wechselrichtersätze um den gleichen Betrag in Abrichtersätzen fU, 11'; 21, 21'; 31, 31') zusammen- hängigkeit von einer Regelgröße verändert wird. Es gesetzt sind und daß zumindest bei einem Wechsel- sind ferner Einphasenwechselrichter bekannt, die aus richtersatz (1Γ, 21', 31') jea-s Einphasenwechsel- zwei nicht selbständigen Teilen bestehen, z. B. in gerichters (1, 2, 3) die Ausgangsspannung (t/,'₂, IAi₂, 30 steuerter Brückenschaltung, bei welchen die Breite U^,) durch den Regeleinfluß in der Phasenlage der Ausgangsspannungsblöcke durch Phasenverschieveränderbar ist. bung der Steuerung bei dem einen Wechselrichterteil

3. Drehstrümwechselrichter nach Anspruch 1, gegenüber der Steuerung beim anderen Teil verändert dadurch gekennzeichnet, daß die Einphasenwech- wird (Zeitschrift »AEG-Mitteilungen«, 19o5, S. 242 selrichter (1, 2, 3) je zwei durch den Regeleinfluß 35 bis 245).

in der Phasenlage gegeneinander verstellbare Soweit solche Drehstromwechselrichter durch einen

Wcchselrichterteile enthalten. dreiphasigen Verbraucher in den drei Phasen gleich-

4. Drehstromwechselrichter nach einem der A.n- mäßig belastet werden, bleibt das Drehstromsystem Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das immer symmetrisch. Bei Lastschwankungen oder Sinusfilter aus in den Phasenleitungen des Dreh- *o Schwankungen der gemeinsamen Speisegleichspannung Stromsystems (RST) liegenden Reihengliedern (14, der Einphasenwechselrichter werden bei einer bekann-24, 34) sowie aus zwischen den einzelnen Phasen- ten Ausführung die drei Phasenlastspannungen geleitungen und dem durch den Sternpunkttransfor- meinsam auf den vorgegebenen Sollbetrag geregelt mator (15, 25, 35) gebildeten Sternpunkt (Sl) ge- (Zeitschrift »Die elektrische Ausrüstung«, Nr. 2 vom schalteten Parallelresonanzgliedern (16,16'; 26,26'; 45 14. April 1967, S. 37 bis 42, insbesondere Bild 4). Bei 36, 36') und Saugkreisen (16", 26", 36"), welche unsymmetrischer Belastung in den drei Phasen ergeben auf höhere Oberwellen der Einphasenwechselrich- sich jedoch Abweichungen sowohl der Beträge der terspannungen abgestimmt sind, zusammenge- Spannungen wie auch von der Symmetrie des Drehsetzt ist. Stromsystems. Soll dies vermieden werden, müssen die

50 Einphasenwechselrichter nicht nur einzeln auf gleiche

Sollspannungsbeträge der Phasenlastspannungen geregelt, sondern auch die 120°-Phascnbeziehung des Drehstromsystems aufrechterhalten werden.

Es ist ein Verfahren für diese Spannungsregelung

Die Erfindung bezieht sich auf einen geregelten 55 bekannt, wonach jeder Einphasenwechselrichter aus Drehstromwechselrichter, insbesondere einen Thy- zwei selbständigen Wechselrichtersätzen mit in Reihe ristorwechselrichter, mit drei über Ausgangstransfor- geschalteten Ausgangstransformatoren besteht, dte, matoren und ein «ine Reihenimpedanz enthaltendes um eine Phasendrehung zu vermeiden, beide in der Sinusfilter zu einem Drehstromsystem mit belastbarem Phasenlage gegenläufig verstellt werden (Zeitschrift Sternpunkt in Sternschaltung zusammengekoppelten 60 »Die elektrische Ausrüstung«, Nr. 2 vom 14. April 1967, Einphascnwechselrichtern, deren Ausgangsspannungs- S. 37 bis 42, insbesondere Bild 7 und 8 in Verbindung blöcke in der Breite einzeln so veränderbar snd, daß mit Bild 4). Bei diesem Verfahren werden die Istwerte die Phusenlastspannungen auch bei unsymmetrischer für eine Einzelphasenregelung der Spannung zwischen Belastung des Drehstromsystems auf gleiche Soll- dem von den drei Einphasenwechselrichtern gebildeten betrage regelbar sind, und mit einer Einrichtung zur 65 Sternpunkt und den entsprechenden Leitern abgenom-Erfassung der htwerte der Phasenlastspannungen für men. Die diesem Wechselrichter nachgeschalteten FiI-die Regelung. ter zur Herabsetzung des Oberwellengehaltes der Last-

Zur Aufrechterhaitung einer gesicherten Wechsel- spannungen müssen so ausgeführt sein, daß sie keine