DE2159395C3 - Verfahren zum Steuern eines einen Wechselstromverbraucher speisenden Umrichters mit Gleichspannungs- oder Gleichstromzwischenkreis - Google Patents

Verfahren zum Steuern eines einen Wechselstromverbraucher speisenden Umrichters mit Gleichspannungs- oder Gleichstromzwischenkreis

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DE2159395C3
DE2159395C3 DE2159395A DE2159395A DE2159395C3 DE 2159395 C3 DE2159395 C3 DE 2159395C3 DE 2159395 A DE2159395 A DE 2159395A DE 2159395 A DE2159395 A DE 2159395A DE 2159395 C3 DE2159395 C3 DE 2159395C3
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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines einen Wechselstromverbraucher speisenden Umrichters mit Gleichspannungs- oder Gleichstromzwischenkreis mit Parallelkondensator und Längsinduktivität, wobei der Leistungsfluß des über den Gleichrichter des Umrichters einspeisenden ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetz« Abweichungen von einem Leistungsmittelwert aufweist
Bei einem derartigen bekannten Verfahren wird bei Spannungszusammenbrüchen im Gleichspannungszwischenkreis und plötzlichem Leistungsabfall oder -anstieg am Eingang des Wechselrichters der Energieaustausch zwischen Wechselrichter und Last geregelt, insbesondere erfolgt eine Rückführung zum Normalbetrieb (US-PS 35 93 103). Zu diese α Zweck wird die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis erfaßt und mit einem Sollwert verglichen, die Regelabweichung beeinflußt schließlich die Frequenzsteuerung des Wechselrichters. — Um gut geglättete Gleichgrößen im Zwischenkreis zu erhalten, sind ein parallel eingeschalteter Kondensator und eine Längsinduktivität vorgesehen. Dies entspricht dem üblichen Ziel, daß Strom und Spannung auf der Gleichstromseite des Gleichrichters möglichst keine Wechselanteile enthalten sollen. Im Idealfall ist der Augenblickswert der gleichstromseitigen Leistung zeitlich konstant. Auf der Wechselstromseite des Gleichrichters ist anzustreben, daß die Stromrichter mit dem speisenden Netz nur Wirkleistung austauschen. Bei einem Drehstromnetz ist in diesem Fall der Zeitverlauf der Leistung bekanntlich konstant. Da Gleichstrom- und Drehstromleistung im Idealfall ständig übereinstimmen, ist es im Prinzip nicht notwendig, praktisch aber aus anderen Gründen erforderlich, daß Stromrichter, die Drehstromenergie in Gleichstromenergie umwandeln, zusätzliche Energiespeicher enthalten.
Anders liegen die Verhältnisse, wenn man einen Stromrichter aus einem einphasigen Wechselstromnetz speist. Bei reiner Wirkbelastung eines Einphasennetzes, dessen Spannung sinusförmig schwingt, ist dem zeitlich konstanten Mittelwert der Leistung bekanntlich eine mit doppelter Netzfrequenz sinusförmig schwingende Leistungskomponente überlagert, deren Amplitude genau so groß ist wie der zeitlich konstante Anteil. Um die ideale Betriebsweise beim Umwandeln von Wechselstromenergie in Gleichstromenergie erreichen zu können, muß ein hierfür eingesetzter Stromrichter demnach unbedingt Energiespeicher enthalten und/ oder es müssen andere Ausgleichsmaßnahmen getroffen werden, weil zugeführte und abgeführte Leistung zeitlich nicht dauernd übereinstimmen.
Eine oberwellenhaltige Zwischenkreisspannung führt auch zu einem erhöhten Kommutierungsaufwand beim Wechselrichter.
Es ist weiterhin bekannt, bei einem aus einem Gleichrichter, einem Gleichstrom- bzw, Gleichspan nungszwischenkreis und einem zwangskomruutierten Wechselrichter bestehenden Umrichter, der beispielsweise einen Elektromotor speist, die Ausgangsspannung des Wechselrichters durch Änderung der Spannung im Gleichstromzwischenkreis zu steuern, wobei sich jedoch ebenfalls der Kommutierungsaufwand erhöht (Heum a η n/S t u m ρ e, »Thyristoren«, Teubner-Verlag, Stuttgart 1969, Seiten 198 bis 200). Zur Glättung des von dem Gleichrichter in den Gleichstrom- bzw. Gleichspannungszwischenkreis eingespeisten Strons sowie zur Gleichspannungspufferung sind wiederum in dem
Gleichstrom- bzw. Gleichspannungszwischenkreis LC- Filter vorgesehen, die aus einer Serieninduktivität und
einer Parallelkapazität bestehen.
Bekanntlich kann dem Wechselrichter ein im
Gleichstromzwischenkreis »eingeprägter Strom« vorgegeben sein (DE-OS 15 13 518), oder es wird eine bestimmte Spannung am Wechselrichtereingang eingestellt (US-PS 34 02 336 und 35 93 103 - Gleichspannungszwischenkreis).
Da die von dem Umrichter geführten Leistungen sehr große Werte annehmen können, müssen die Induktivität und die Kapazität in den bekannten Filterkreisen entsprechend groß bemessen werden. Weiterhin können, wie oben erläutert, Leistungspulsationen doppelter
Netzfrequenz entstehen. Es erfordert in allen solchen Fällen einen hohen Filteraufwand für den Umrichter,
um gut geglättete Gleichgrößen zu erhalten bzw.
Oberschwingungen zu reduzieren. Zur Verringerung der bei Gleichrichtung einer
einphasigen Wechselspannung für die Glättung erforderlichen Siebmittel ist es bereits bekannt, den Gleichrichter derart im Pulsbetrieb zu betreiben (DE-AS 10 65 080), daß durch Änderung der Pulsbreite aus der Wechselspannung Ausschnitte annähernd konstanter Spannungszeitflächen an dem Gleichrichterausgang durchgeschaltet werden. Die Glättungsmittel sind dann nur für die wesentlich höhere Pulsfrequenz und nicht für die niedrige Netzfrequenz auszulegen. Bei diesem Verfahren erhält man aber eine im Verhältnis zur Wechselspannung sehr kleine Ausgangsgleichspannung. Transformator und Stromrichter müssen stark überdimensioniert werden. Der Leistungsfaktor ist klein, weil gerade in der Nähe des Spannungsnulldurchganges dem Netz der größte Strom entnommen wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht, ausgehend vom Verfahren gemäß der amerikanischen Patentschrift 35 93 103, darin, den Leistungsfluß im Gleichstrom- bzw. Gleichspannungszwischenkreis derart zu beeinflussen, daß der Filteraufwand reduziert werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch Steuerung des Wechselrichters die über den Wechselrichter auf den Verbraucher übertragene Leistung dem zeitlichen Verlauf der über den Gleichrichter aus dem Wechselstromnetz in den Gleichspan- nungs- oder Gleichstromzwischenkreis eingespeisten Leistung angepaßt wird.
Vorteilhaft kann bei derartiger Steuerung eine kostensparende Bemessung des Gleichspannungs- oder
Gleichstromzwischenkreises vorgenommen werden. Dabei kann eine Übertragung von Leistung entsprechend den Schwankungen der Eingangsleistung an den Verbraucher in Kauf genommen werden.
Das erfindungsgemlße Verfahren wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Umrichters beispielsweise erläutert
Der in der Zeichnung dargestellte Umrichter enthält einen über einen Transformator 1 mit einem Einphasen-Wechselstromnetz 2 verbundenen Gleichrichter 3, welcher einen Gleichspannungs- oder Gleichstromzwischenkreis 4 speist Zur Glättung der Ausgangsspannung bzw. des Ausgangsstromes des Gleichrichters 3 weist der Zwischenkreis 4 ein LC-Filter auf, welches aus einer Serieninduktivität 6 und einer Parallelkapazität 7 besteht Der Zwischenkreis 4 ist ausgangsseitig mit einem Wechselrichter 8 verbunden, welcher die Gleichspannung bzw. den Gleichstrom des Zwischenkreises in eine dreiphasige Wechselspannung bzw. einen dreiphasigen Wechselstrom der gewünschten Frequenz umformt und einem nachgeschalteten Drehstrom-Verbraucher 9, beispielsweise einer elektrischen Drehstrom-Maschine zuführt.
Die Darstellung des Umrichters nach der Zeichnung ist zur Vereinfachung in Form eines Signalflußschaltbildes gezeigt Bei der technischen Verwirklichung des Umrichters ist z. B. eine einphasige Einspeisung sowie eine mehrphasige Belastung vorgesehen. Ferner sind in der Zeichnung der Gleichrichter 3 und der Wechselrichter 8 nur symbolisch dargestellt
Die gerätetechnische Verwirklichung kann in bekannter Weise erfolgen (US-PS 35 93 103), so daß beispielsweise für den Gleichrichter 3 eine Stromrichterbrücke mit ungesteuerten Stromrichterventilen vorgesehen ist und für den Wechselrichter 8 ein beliebiger bekannter zwangskommutierter Wechselrichter.
ίο Da es bei der Leistungsführung des Drehstromverbrauchers 9 im allgemeinen nur auf den Leistungsmittelwert ankommt, kann die über den Wechselrichter 8 zugeführte Leistung innerhalb größerer Grenzen um diesen Mittelwert schwanken, ohne daß das Verhalten der Drehstrombelastung 9 dadurch wesentlich beeinträchtigt wird. Diese Tatsache macht sich die Erfindung in der Weise zunutze, daß der Wechselrichter 8 in seinem Ausgangsstrom oder seiner Ausgangsspannung so gesteuert wird, daß die zeitlichen Schv/ankungen der der Drehstrombelastung 9 zugeführten Leistung um den gewünschten Mittelwert dem zeitlichen Verlauf der aus dem Wechselstromnetz 2 in den Gkichstromzwischenkreis übertragenen Leistung angepaiit sind. Infolge dieser Steuerung des Wechselrichters braucht das Filter 5 vorteilhafterweise nicht mehr für die volle Oherwellenleistung, sondern nur noch für einen geringen Teil davon ausgelegt zu werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zum Steuern eines einen Wechselstromverbraucher speisenden Umrichters mit Gleichspannungs- oder Gleichstromzwischenkreis mit Parallelkondensator und Längsinduktivität, wobei der Leistungsfluß des über den Gleichrichter des Umrichters einspeisenden ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetzes Abweichungen von einem Leistungsmittelwert aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß durch Steuerung des Wechselrichters (8) die über den Wechselrichter (8) auf den Verbraucher (9) übertragene Leistung dem zeitlichen Verlauf der über den Gleichrichter (3) aus dem Wechselstromnetz (2) in den Gleichspannungsoder Gleichstromzwischenkreis (4) eingespeisten Leistung angepaßt wird.
DE2159395A 1971-11-30 1971-11-30 Verfahren zum Steuern eines einen Wechselstromverbraucher speisenden Umrichters mit Gleichspannungs- oder Gleichstromzwischenkreis Expired DE2159395C3 (de)

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