DE2159394A1

DE2159394A1 - Anordnung zur umformung einer wechselspannung der einen frequenz in eine wechselspannung waehlbarer frequenz

Info

Publication number: DE2159394A1
Application number: DE19712159394
Authority: DE
Inventors: Arnold Dipl Ing Schoenung
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1971-11-30
Filing date: 1971-11-30
Publication date: 1973-06-14
Also published as: DE2159394B2; DE2159394C3

Description

Anordnung zur Umformung einer Wechselspannung der einen Frequenz in eine Wechsel spannung wählbarer Frequenz" Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ulformung einer Wechselspannung der einen Frequenz in eine Wechselspannung wählbarer Frequenz mit einem Umrichter, bestehend aus wenigstens zwei durch einen Gleichstromzwischenkreis verbundenen Stromrichtern.
Beim Be-trieb vom Stromverbrauchern mit großer Leistung is-t es i.a. erwünscht, das speisende Wechselspannungsnetz (Quelle) möglichst zu schonen, d.h Leistungen zu entnehmen, deren zeitlicher Verlauf stetig ist.
Es ist bekannt (Hemann/Stumpe "Thyristorent', Teunber-Verlag, Stuttgart 1969, 5. 198) zur Speisung von Wechselstromverbrauchern großer Leistung mit von der Netzfrequenz abweichender Frequenz zwangskorniriutierte Umrichter zu verwenden, welche einen netzgeführten Stromrichter, einen Gleichstromzwischenkreis und einen selbstgeführten Stromrichter enthalten und die Netzspannung in eine Spannung mit wählbarer Frequenz umformen. Zur Steuerung der Spannung im Glcichstromzwischenkreis ist es ferner aus der genannten Literaturstelle auf S. 199 bekannt, als netzgeführten Stromrichter eine steuerbare Gleichrichterbrücke zu verwenden, der ein netzgefiyhr-ter Wechselrichter antiparallel geschaltet ist. Mittels einer derartigen Anordnung ist es jedoch nicht möglich, einen stetigen Verlauf der dem Netz entnommenen Leistung zu gewährlcisten, da keine Möglichkeit besteht, den zeitlichen Verlauf der in den Gleichstromzwischenkreis eingespeisten Netzleistung zu beeinflußen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung anzugeben, welche eine Vorgabe des zeitlichen Verlaufs der Einspeiseleitung eines Wechselspannungsnetzes in einen Umrichter ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Umrichter und dem speisenden Wechselspannungsnetz ein fremdgeführter Umrichter sowie ein Wechselspannungszwischenkreis vorgesehen sind, welcher mit einem Wechselspannungsspeicher verbunden ist.
In bevorzugter Weise ist der fremdgeführte Umrichter von dem Wechselspannungszwischenkreis geführt.
In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß als fremdgeführter Umrichter ein Direktumrichter vorgesehen-ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Führung des Netzstroms der Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß der fremdgeführte Umrichter so gesteuert w-ird, daß der zeitliche Verlauf des Netzstroms sowie dessen zeitliche Lage zur Netzspannung beliebig vorgebbar ist.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert; es zeigt: F4ig Ia bis c Diagramme eines zeitlichen Verlaufs von Leistung, Spannung bzw. Strom eines mit der erfindungsgemäßen Anordnung verbundenen Wechselspannungsnetzes Fig. 2a bis c Diagramme eines zweiten zeitlichen Verlaufs von Leistung, Spannung bzw. Strom eines mit der erfindungsgemäßen Anordnung verbundenen Wecllselspannungsnetzes Fig. 3 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung.
In Fig. la ist der zeitliche Verlauf der aus dem Produkt der Netzspannung uN und des Netzstroms iN gebildeten Netzleistung pN in Form einer Geraden mit der Steigung null (konstante Leistung) mit durchgezogener Linie aufgetragen. Da die Netzspannung im allgemeinen sinusförmig verläuft (Fig.ib), wird der dem Wechselspannungsnetz entnommene Strom iN in seinem zeitlichen Verlauf so gewählt, daß das Produkt aus der Spannungsamplitude ux und der Stromamplitude ix zu jedem beliebigen Zeitpunkt tx den in diesem Beispiel gewünschten kons-tanten Wert ergibt. Wie man aus dem zeitlichen Verlauf des dem Wechselspannungsnetz entnommenen Stroms iN entnehmen kann (Fig.1c), steigt der Netzstrom iN im Bereich sehr kleiner Netzspannung-Augenblickswerte auf sehr große Werte an und besitzt bei Spannungsnulldurchgang theoretisch den Wert; unendlich. Da diese Forderung in der Praxis nicht verwirklichbar ist, treten im Bereich der Spannungsnulldurchgänge die in Fig. ia mit gestrichelten Linien eingezeichneten Leistungseinbrüche auf.
In Fig. 2a bis c sind Zeitdiagramme der Netzspannung u und des Netzstroms i für einen zeitlichen Netzleistungsverlauf in Form von von positiven Sinushalbwellen (Fig. 2a) dargestellt. Da die Netzspannung u wiederum sinusförmig vorgegeben ist (Fig.2b), muß der dem Netz entnommene Strom i rechteckförmig mit wechseln den Polaritäten sein (Fig.2c).
Fs er ist somit zur Vorgabe des zeitlichen Verlaufs der Speiseleistung N = i . u eines Wechselspannungsnetzes bei fest vor- -gegebener Netzspannung erforderlich, den Verlauf des dem Netz entnommenen Stroms sowie gegebenenfalls dessen zeitliche Lage zur Netzspannung (Phasenlage) beliebig vorgeben zu können.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt.
Der aus einem Stromrichter 1, einem Gleichspannungszwischenkreis 10 und einem Stromrichter 2 bestehende Umrichter 3 wird von einem Wechselspannungsnetz 4 gespeist, wobei eine Umformung der Netzspannung in eine Wechselspannung am Ausgang des Umrichters 3 mit wählbarer Frequenz erfolgt. Diese Ausgangsspannung wird einer Belastung 5 zugeführt, welche beispielsweise als Elektromotor ausgebildet sein kann. Zwischen dem Wechselspannungsnetz 4 und dem Umrichter 3 ist erfindungsgemäß ein fremdgeführter Umrichter 6 angeordnet, welcher einen Wechselspannungszwischenkreis 7 speist. Unter einem fremdgeführten Umrichter 6 wird ein mit steuerbaren Halbleiter- oder Gasentladungsventilen versehner Stromrichter verstanden, welcherdie zur Löschung der steuerbaren Ventile erforderliche Kommutierungsapannung dem Wechselspannungszwischenkreis 7 entnimmt.
Die Frequenz des Wechselspannungszwischenkreises 7 ist dabei größer als die Frequenz des Wechselspannungsnetzes 4. Der Wechselspannungszwischenkreis speist über einen Transformator 8 den Umrichter 3. Gegenüber den üblichen für die Netzfrequenz bemessenen Netztransfornatoren zwischen dem Wechsel spannungsnetz und dem Umrichter kann der Transformator 8 der erfindungsgemäßen Anordnung für eine weit huber der Netzfrequenz liegende WechselstronzvJischenkreisSrequenz ausgebildet werden, wodurch eine erhebliche Verkleinerung seiner Abmessungen ermöglicht ist. Zur Führung der Spannung und der Frequenz des Wechelspannungszwischenkreises 7 ist dieser mit einem Wechselspannungspeicher 9 verbunden, der im Falle einer dreiphasigen Auslegung des VEechselspannungszwischenkreises 7 in Form einer Synehronmaschine gewählt wird. Die Snchronmaschine arbeitet bei Leistungsüberschuß im Wechselspannungszwischenkreis 7 im Motorbetrieb und bei Leistungsmangel im Wechseispannungszwischenkreis 7 im Generatorbetrieb.
Ausführungsbeispiele für den vorstehend beschriebenen fremdgeführten Umrichter sind beispielsweise in der Literaturstelle "Thyristoren" von Heumann/Stumpe, Teubner-Verlag, Stuttgart 1969 auf S. 116 ff beschrieben. Als besonders vorteilhaft für den fremdgeführten Umrichter 6 hat sich dabei ein Steuerumrichter erwiesen, wie er in der vorgenannten Literaturste-lle auf S.-125 ff beschrieben ist. Als Umrichter 3 ist ein zwangskommutierter Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis vorgesehen, welcher in der genannten Litera-turstelle auf S. 176 ff beschrieben- ist.

Claims

Patentansprüche

2 Anordnung zur Umformung einer Wechselspannung der einen Frequenz in eine Wechselspannung wählbarer Frequenz mi.t einem Umrichter, bestehend aus wenigstens zwei durch einen -Gleichspannungszwischenkreis verbundenen Stromrichter, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Umrichter (3) und dem speisenden Wechselspannungsnetz (4) ein fremdgeführter Umrichter (6) sowie ein Wechselspannungszwischenkreis (7) vorgesehen sind, welcher mit einem Wechselspannungsspeicher (9) verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fremdgeführte Umrichter (6) von dem Wechselspannungszwischenkreis (7) geführt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als fremdgeführter Umrichter (6) ein Direktumricfrber vorgesehen ist.
4. erfahren zur Führung des Netzstroms der Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch geltennzeichnet, daß der fremdgeführte Umrichter (6) so ge uert wird, daß der zeitliche Verlauf des Netzstroms sowie dessen zeitliche Lage zur Netzspannung beliebig vorgebbar ist.