DE1961104C - Geregelter Drehstromwechselrichter mit drei zu einem Drehstromsystem zusammengekoppelten Einphasenwechselrichtern - Google Patents

Description

3. Drehstromwechselrichter nach Anspruch 1, gegenüber der Steuerung beim anderen Teil verändert dadurch gekennzeichnet, daß die Einphasenwech- wird (Zeitschrift »AEG-Mitteilungen«, 1965, S. 242 selrichter (1, 2, 3) je zwei durch den Regeleinfluß 35 bis 245).

in der Phasenlage gegeneinander verstellbare Soweit solche Drehstromwechstlrichter durch einen

Wechselrichterteile enthalten. dreiphasigen Verbraucher in den drei Phasen gleich-

4. Drehstromwechselrichter nach einem der An- 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- 40 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 (St) 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

so Einphasenwechselrichter nicht nur einzeln auf gleiche

Sollspannungsbeträge der Phasenlastspannungen geregelt, sondern auch die 120°-Phasenbeziehung 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, die, matoren und ein eine 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, Einphasenwechselrichtern, deren Ausgangsspannungs- S. 37 bis 42, insbesondere Bild 7 und 8 in Verbindung blöcke in der Breite einzeln so veränderbar sind, daß mit Bild 4). Bei diesem Verfahren werden die Istwerte die Phasenlastspannungen 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 Istwerte der Phasenlastspannungen für men. Die diesem Wechselrichter nachgeschalteten FiI-die Regelung. ter zur Herabsetzung des Oberwellengehaltes der Last-

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

Phasendrehung verursachen, da sonst die Winkeltreue des Drehstromsystems nicht erhallen bleibt. Dies erfordert z. B. Reihenresonanzkreise als Längsimpedanzen im Filter, die aufwendig sind und weiter den Nachteil haben, daß die Ausgangsspannung des Wechselrichters beim Anschluß von Motoren zu Pendelungen neigt. Es ist auch die elektronische Steuerung bei diesem Verfahren für die Spannungsregelung aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden, zugleich aber auch die Vorteile der Wirksamkeit der Einzelregelung bei unsymmetrischer Belastung, so wie diese bei bekannten Drehstromwechselrichtern zur Sicherung der 120°- Phasenbeziehung zwischen den Phasenlast;:pannungen gegeben sind, zu erhalten und darüber hinaus auch eine weitgehende Unterdrückung der dritten Oberwelle in den Phasenlastspannungen zu erreichen.

Ein Drehstromwechselrichter der eingangs bezeichneten Art, welcher diesen Anforderungen genügt, ist erfindungsgemäß so ausgeführt, daß ein an das Drehstromsystem zwischen den Reihenimpedanzen der Sinusfilter und dem Drehstromausgang angeschlossener Sternpunkttransformator vorgesehen ist, dessen Sternpunkt sowohl als Anschluß für den Mp-Leiter als auch als Basis zur Erfassung der Istgrößen der Phasenlastspannungen dient.

Die Erfindung bezieht sich vorzugsweise auf solche Drehstromwechselrichter der eingangs bezeichneten Art, bei welchen die Einphasenwechselrichter aus mindestens je zwei Wechselrichtersätzen zusammengesetzt sind und bei welchen zumindest die Ausgangsspannung eines Wechselrichtersatzes durch den Regeleinfluß in der Phasenlage veränderbar ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf solche Drehstromwechselrichter der eingangs bezeichneten Art, bei welchen die Einphasenwechselrichter aus je zwei durch den Regeleinfluß in der Phasenlage gegeneinander verstellbaren Wechselrichterteilen bestehen.

Durch die Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß bei jeder beliebigen unsymmetrischen Last die Symmetrie des Drebstromsystems erhalten bleibt, ohne daß aufwendige Steuerungsmittel oder aufwendige Sinusfilter erforderlich sind.

Durch die Erfindung wird weiter der Vorteil erzielt, daß, wie schon erwähnt, in den Phasenlastspannungen die dritte Oberwelle weitgehend unterdrückt wird, so daß die Siebmittel in der Schaltung des Sinusfilters reduziert werden können. Ferner werden durch den Sternpunkttransformator die ungleichen Phasenlastströme besser auf die drei Phasen verteilt. Dadurch werden bei unsymmetrischer Belastung die Regelabweichungen und schließlich auch die erforderlichen Regelbereiche und die Regelzeiten kleiner als bei einem Wechselrichter ohne Sternpunkttransformator.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung an einem Ausführungsbeispsd wird nun auf die F i g. 1 und 2 Bezug genommen.

F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild eines Drehstromwechselrichters ;

F i g. 2 zeigt ein Zeigerdiagramm der Spannungen und Ströme des geregelten Wechselrichters nach F i g. 1 bei einphasiger ohmscher Belastung der Phase T.

Als Ausführungsbeispiel ist ein Drehstromwec'nselrichter der eingangs bezeichneten Art gewählt, bei dem die Einphasenwechselrichter 1, 2, 3 aus je zwei selbständigen Wechselrichtersätzen 11, 1Γ; 21, 2Γ; 31, 31' bestehen, von welchen der eine Wechseirichtersatz 11, 21, 31 eine feste Phasenlage hat, der andere Wechselrichtersatz 11', 21', 31' in der Phasenlage veränderbar ist. Jeder Wechselrichtersatz hat einen Ausgangstransformator 12, 12'; 22, 22'; 32, 32', und es sind bei jedem Einphasenwechselrichter die Ausgangstransformatoren der betreffenden Wechselrichtersätze sekundärseitig in Reihe geschaltet. Die drei Einphasenwechselrichter 1, 2, 3 sind über diese paarweise in

ίο Reihe geschalteten Ausgangstransformatoren zu einem Drehstromsystem mit einem Sternpunkt St' zusammengefaßt. In die drei Phasenleitungen ist je eine Relhendrossel 14, 24, 34 geschaltet. Hinter den Reihendrosseln ist ein Sternpunkttransformator 15, 25, 35

angeschlossen. An den belastbaren Sternpunkt St dieses Transformators ist der Mp-Leiter des Drehstromsystems RST angeschlossen, an welches die nicht in der Zeichnung dargestellten drei- und einphasigen Verbraucher angeschlossen sind. Das Sinusfilter ent-

ao hält außer den Reihendrosseln 14, 24, 34 drei zwischen den Phasenleitungen RST und dem Mp-Leiter geschaltete Kondensatoren 16, 26, 36 und drei Drosseln 16', 26', 36'.
Für die Steuerung der Einphasenwechselrichter ist

as ein gemeinsamer Frequenzgeber 13 vorgesehen. Dem Einphasenwechselrichter 1 wird die Steuerspannung aus dem Frequenzgeber 13 direkt zugeführt. Den Einphasenwechselrichtern 2 und 3 wird die Steuerspannung über 120°-Phasenschwenkglieder 23, 33 zuge-

führt. Von den drei Phasenleitungen geht je eine Fühlleitung 17, 27, 37 zu einem Regelverstärker 18, 28, 38 und vom Mittelpunktleiter MP bzw. vom Sternpunkt 5/ des Sternpunkttransformators eine gemeinsame Leitung! zu den Regelverstärkern. Über

diese Leitungen werden die Istgrößen der drei Lastspannungen Ur, Us, Ut erfaßt, wobei das Potential des Sternpunktes S/ des Sternpunkttransformators als Meßbasis dient. In den Regelverstärkern werden die Beträge der Istgrößen mit vorgegebenen gleich großen

Beträgen der Sollgrößen verglichen, auf die die drei Phasenlastspannungen konstant geregelt werden sollen. Die dadurch gewonnenen verstärkten Regelabweichungsgrößen wirken auf Phasenschiebglieder 19, 29, 39 ein, welche jeweils dem Steuereingang des in der

Phasenlage zu verstellenden Wechselrichtersatzes 1Γ, 21', 3Γ der Einphasenwechselrichter vorangeschaltet sind. Zur Spannungsregelung werden die von den Wechselrichtersätzen 11', 2Γ, 3Γ erzeugten Wechselspannungen i/,'_s, t/i, U-a in Abhängigkeit von den Regelabweichungen gegenüber den Wechselspannungen U_n, l/_i2, U_3i der Sätze 11, 21, 31 und damit die Ausgangsspannungen U₁, IZ₂, IZ₃ der Wechselrichter 1, 2, 3, die aus den Spannungen an den Transformatoren 12, 12'; 22, 22'; 32, 32' zusammengesetzt sind, nach dem Prinzip des Drehtransformators in der Phasenlage so verschoben, daß die Phasenlastspannungen Un, Us, Ut entsprechend den vorgegebenen Sollbeträgen konstant bleiben.
Damit sind auch die Flüsse in den Schenkeln des zweckmäßig als Dreischenkeltransformator ausgeführten Sternpunkttransformators den Beträgen nach gleich, da auf Grund der Flußbedingungen des Transformators ihre vektorielle Summe gleich Null ist, so daß auch bei beliebiger Last die 120°-Synimelrie der Spannungen des Drehstromsystems RST erhalten bleibt. Auf Grund der unterschiedlichen Spannungsabfälle CZ₁₄, t/₂₄, U_3i an den Längsimpedanzen 14, 24, 34 ergeben sich jedoch bei unsymmetrischer Last für

die Spannungen U₁, U₂, U₃ der Einzelwechselrichter 1, 2, 3 unterschiedliche Beträge und Phasenwinkel. Die Belastung wird durch den Sternpunkttransformator im Verhältnis Vs: ^XU '· % ^au* die drei Einphasenwechselrichter 1, 2, 3 aufgeteilt. Aus der Stromaufteilung It, Λ<» Λ4» hi ergeben sich die Spannungen i/,₄, U₂₄, U_M an den Reihendrosseln 14, 24, 34 und damit die Eckpunkte/?', 5', T" des Spannungsdreiecks der Einphasenwechselrichter 1, 2, 3. Der Sternpunkt 5/' ergibt sich aus der Bedingung, daß die Beträge der Spannungen U₁₂, Ul₂; U₂₂, U^; U₃₂, U!_a an 12, 12'; 22, 22'; 32, 32' jeweils gleich und die Spannungen U₁₂, U₂₂, U₃₂ an 12, 22, 32 um 120° gegeneinander phasenverschoben sind, während die Spannung Ui₂ gegen die Spannung U₁₂, ferner die Spannung Ut_n gegen U_n und die Spannung CZjJ₂ gegen U_n 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 Ur, Us, Ut die dritte Oberwelle der Wechselrichtergrundschwingung bei symmetrischer Last vollständig und bei Schieflast teilweise wegfällt, wird auch der erforderliche Aufwand S für die Siebmittel des Sinusfilters· kleiner. Bei einem Drehstrom-Wechselrichter gemäß der Erfindung kann im Vergleich zu bekannten Drehstrom-Wechselrichtern ein Klirrfaktor, der kleiner als z. B. 5 % 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 Schiefiast 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 Zeichnungen

Claims (2)

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

1. Geregelter Drehstromwechselrichter mit drei ristorwechselrichter, verwendet. Da diese Wechselüber Ausgangstransformatoren und ein eine Rei- 5 richter im allgemeinen ein Dreileiter- oder Vierleiterhenimpedanz enthaltendes Sinusfilter zu einem netz speisen, an das verschiedenartige Verbraucher Drehstromsystem mit belastbarem Sternpunkt in angeschlossen werden, ist es zweckmäßig, daß sie zur Sternschaltung zusammengekoppelten Einphasen- Abgabe einer sinusförmigen Ausgangsspannung und wechselrichtern, deren Ausgangsspannungsblöcke mit Spannungsregelung ausgeführt sind.

in der Breite einzeln so veränderbar sind, daß die io Bei Drehstromwechselrichtern der einleitend be-Phasenlastspannungen auch bei unsymmetrischer zeichneten Zusammensetzung werden die^drci EinBelastung des Drehstromsystems auf gleiche Soll- phasenwechselrichter 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- 15 welcher einen der Einphasenwechselrichter direkt und zeichnet, daß ein an das Drehstromsystem die beiden anderen Wechselrichter über I20°-Phasen-(RST) zwischen den Reihenimpedanzen der Sinus- schwenkglieder ansteuert. Es ist für die Spannungsfilter und dem Drehstromausgang angeschlossener regelung dieser Wechselrichter bekannt, daß jeder Sternpunkttransformator (15, 25, 35) vorgesehen tinphaseiiwechselrichter aus zwei selbständigen Wechist, dessen Sternpunkt (St) sowohl als Anschluß ao selrichtersätzen mit in Reihe geschalteten Ausgangsfür den Mp-Leiter als auch als Basis zur Erfassung transformatoren mit zweckmäßig gleich großen Ausder Istgrößen der Phasenlastspannungen (U_R, Us, gangsspannungen besteht und die Spannung der Dreht/r) dient. stromverbiaucher dadurch geregelt wird, daß bei

2. Drehstromwechselrichter nach Anspruch 1, jedem der drei Einphasenwechselrichter die Phasendadurch gekennzeichnet, daß die Einphasenwech- »5 lage der Ausgangsspannung von einem der beiden selrichter (1, 2, 3) aus mindestens je zwei Wechsel- Wechselrichtersätze um den gleichen Betrag in Abrichtersätzen (11, 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 (W, 2Γ, 31') jedes Einphasenwechsel- zwei nicht selbständigen Teilen bestehen, z. B. in gerichters (1, 2, 3) die Ausgangsspannung (U'_a, ί/_Μ, 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