DE2217023A1 - Anordnung zur speisung eines gleichstrom- oder gleichspannungsverbrauchers - Google Patents

Anordnung zur speisung eines gleichstrom- oder gleichspannungsverbrauchers

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DE2217023A1 DE19722217023 DE2217023A DE2217023A1 DE 2217023 A1 DE2217023 A1 DE 2217023A1 DE 19722217023 DE19722217023 DE 19722217023 DE 2217023 A DE2217023 A DE 2217023A DE 2217023 A1 DE2217023 A1 DE 2217023A1
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Description

BROWN, BOVERi & CIE . AKTIENGESELLSCHAFT ί .} ._j -.._--->
• MANNHEIM BHOWNDOVtiRi
Mp.-Kr. 530/72 Mannheim, den 20. März 1972
PAT- Mn/St.
"Anordnung zur Speisung eines Gleichstrom- oder Gleichspannungs=
Verbraucher s "
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Speisung eines Gleichstrom- oder Gleichspannungsverbrauchers aus einem ein- oder mehrphasigen Wechselspannungsnetz mit einem oberschwingungsfreien J Strom, welcher in Phase mit der Netzspannung ist, wobei die An= ; Ordnung einen Vollwellengleichrichter, eine Glättungseinrichtung,; einen. Halbleitersteller und ein auf die doppelte Netzfrequenz
abgestimmtes Filter enthält (Zusatz zu Patentanmeldung P 21 59 397.5).
Derartige Anordnungen dienen dazu, bei Speisung eines Gleichstromoder Gleichspannungsverbrauchers bzw. eines Gleichspannungszwi= schenkreises dem speisenden Wechselspannungsnetz möglichst wenig Blindleistung zu entnehmen, damit die Kapazität des Kraftwerkes optimal ausgenutzt wird und möglichst geringe Verluste im Netz auftreten. Weiterhin soll auch die Verzerrungsleistung der bei der Speisung entstehenden Oberwellen möglichst gering gehalten . v/erden. !
Nach einer bekannten Anordnung dieser Art waren ein Vollwellengleichrichter, eine Glättungseinrichtung, ein Kalbleitersteller und ein auf die doppelte Netzfrequenz abgestimmtes Filter vor= gesehen, um diese Aufgabe zu erfüllen. Es hat sich gezeigt, daß der Leistungsfaktor den optimalen Wert nicht erreicht und daß der Oberwellengehalt dieser Anordnung noch einen beträchtlichen Wert auf v/eist.
309845/0536 j
- 2 - ί
Der Erfindung liegt daher die /aufgäbe zugrunde, bei einer An= Ordnung der eingangs genannten Art eine v/eitere Annäherung des Leistungsfaktors an den optimalen Wert und eine v/eitere Verringe= rung des Oberv/ellengehalts zu erreichen. i
Erfindungsgenäß wird dies bei einer Anordnung der eingangs ge= nannten Art, bei der die Energieeinspeisung über einen Trans= , formator vorgesehen ist und die Glättungseinrichtung als Drossel ausgebildet ist dadurch erreicht, daß jeder Diode des Vollwellen= gleichrichters wenigstens ein zwangslöschbares Ventil des Halb= leiterstellers antiparallel geschaltet ist und daß Einrichtungen vorhanden sind, mittels derer die Zund- und Löschfrequenz der j Ventile in Abhängigkeit von Meßgrößen der Anordnung verstellbar '
ist. ■ . j
Eine solche Anordnung soll in der weiteren Beschreibung als vier-, Quadranten-Steller bezeichnet werden.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Vollwellen= gleichrichter als Mittelpunktschaltung ausgebildet sein. Hier= bei ist zwischen den Anschluß der Ventile und dem zugehörigen Transformatoranschluß jeweils eine Drossel vorgesehen.
Nach einer anderen, besonders vorteilhaften Ausführung der Er= j findung ist der Vollwellengleichrichter in Brückenschaltung an= geordnet. Hierbei wie auch bei der Mittelpunktschaltung kann die zugehörige Drossel sowohl auf der dem Speisewechselspannungs= i netz zugeordneten Seite als auch auf der Sekundärseite des Trans=' forraators angeordnet sein.
Nach einer anderen, ebenfalls vorteilhaften Ausführung der Er= findung kann der Transformator auch als Spartransformator aus= gebildet sein.
Zum Ausbau der Leistungsfähigkeit können aber auch in vorteil= hafter Weise zwei gleiche Teilanordnungen vorgesehen sein, die i
7_3_l_3-0-9-8A-5JLfl-S-lS— —J
Pat 4 F 1 (G Ό ICOCC/KE)
auf der Gleichspannungsseite in Serie oder parallel, auf der ' Wechselspannungsseite aber parallelgeschaltet sind. ;
Wird für alle Teilanordnungen ein Transformator vorgesehen und die Zündung der Ventile der einzelnen Teilanordnungen versetzt zueinander durchgeführt, so ergibt sich eine besonders gute An= näherung des Stroraistwertes des durch die Drossel fließenden i Stroms an den Stromsollwert. j
Ein Verfahren zur Steuerung der Anordnung ist dadurch gekenn= j zeichnet, daß der Verlauf des durch die Drossel fließenden Wech= ; selstroms einem Kechselstromsollvert angeglichen wird, der j phasengleich mit der speisenden Wechselspannung ist und dessen j Stroruamplitude über einen Regelkreis in Abhängigkeit von der entnominellen Leistung bzw. von der Höhe der Spannung des Gleichspan= : nungskreises beeinflußt«
Dies v/ird nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Meß- oder Recheneinheit vorgesehen ist durch V7elche der Verlauf der Speisewechselspannung gemessen und ein phasengleicher Wechselstromsollwert gebildet wird. Hierbei wird die Amplitude des Wechselstromsollwertes durch einen Regel= kreis in Abhängigkeit von Meßwerten, beispielsweise der Gleich= spannung des Gleichspannungskreises vorgegeben wird.
Vorteilhafterweise wird der Istwert des Drosselstroms dem vorge= gebenen Sollwert in der Weise nachgeführt, daß bestimmte Ventile derart gezündet und gelöscht werden, daß zeitweise die Netzspan= nung oder die Summe bzw. Differenz von Netzspannung und Gleich= spannung an die Drossel gelegt v/ird.
Ebenso ist es aber auch möglich, daß in äquivalenten Zweigen be= findliche Ventile seitlich versetzt zueinander geöffnet und ge= löscht v/erden.
309845/0536
i'.:1 A f 1 ((TQ IWlV.
! Die Erfindung wird anhand von schematisch dargestellten Aus=
führungsbeispielen näher erläutert. Ls zeigen i
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Anordnung in Brückenschal=
tung ' ;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Anordnung in Mittelpunkt=
schaltung I
ι Fig. 3 einen möglichen Verlauf von Ist- und Sollwert des Spei= :
sewechselstroms in Abhängigkeit von der Zeit während einer
Viertelperiode j
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der Anordnung in Brückenschal=
tung mit Spartransformator
Fig. 5 einen vereinfacht dargestellten Regelkreis für den Ee=
trieb der Anordnung
Gleiche bzw. gleichwirkende Teile sind mit gleichen Zeichen ver= i sehen.
In Fig. 1 sind die Klemmen 1,2 des Wechselspannungsnetzes, das
die Spannung u,. führt, über die Primärseite eines Transformators ; 3 und dessen Sekundärseite mit einer Drossel 4 und den Anschlüs= ; sen einer aus den ζvangslöschbaren Ventilen T., T2, T3, T. sowie j den Dioden D^, D2, D3, D^ bestehenden Erückenanordnung verbunden.; Die Ventile T1, T2, T3, T4 sind über besondere, nicht eingezeich=; nete Löscheinrichtungen zwangslöschbar, was in der Zeichnung ! nur symbolhaft angedeutet ist. An den Brückenausgangsanschlüssen ! 5 und 6 ist der Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen, j wobei Punkt 6 positive und Punkt 5 negative Spannung führt; i zwischen den Punkten 5 und 6 ist ferner ein Kondensator 7 und j ein Saugkreis 3 sowie ein Gleichstromverbraucher 9 angeschlos= j sen; es kann sich hierbei um einen gewöhnlichen Verbraucher,
einen Motor oder um einen Viechseirichter handeln.
3Q98A5/0 536
Pat A ΐ 1 (ti'U 100.::/Kl)
j Die /anordnung nach Fig. 1 ist im Zusammenhang mit einem Regel= kreis nach Fig. 5 zu sehen. Hier wird der Vier-Quadranten-Stel= ler 10 von einem Wechselspannungsnetz 11 gespeist, wobei ein Gleichspannungskreis 12 versorgt wird.. Der Vier-Quadranten-Stel= ler 10 wird über einen Steuersatz 13 (Fig. 5) beeinflußt, über den die Ventile T1, T2, T3, T4 (rig. 1 und 4) bzw. die Ventile T5, Tg (Fig. 2) gezündet und gelöscht v/erden. Der Steuersatz 13 wird beeinflußt durch einen Spannungsregler 18 mit unterlager= tem Stromregler 14 in der Weise, daß die Zwischengleichspannung im Meßglied 19 gemessen und mit einem Gleichspannungssollwcrt verglichen wird, über den Spannungsregler 18 wird aus der Differenz von Spannungssoll- und -istwert die Amplitude des Strom= Sollwertes gebildet. Der sinusförmige Netzstromsollwert wird in einer Recheneinheit 16 aus dem im Spannungsmeßglied 17. erfaß= ten Netzspannungsverlauf und aus dem von Spannungsregler 18 ge= lieferten Stromvorgabewert gebildet. Der errechnete Stromsollwert wird mit dem Ketzstroiuistwert verglichen und beeinflußt über den Stromregler 14 den Steuersatz 13, der seinerseits den Vier-Quadranten-Steller 10 beeinflußt.
In Fig. 3 wird die Funktion der Anordnung nach den Fig. 1,2 und Fig. 4 verdeutlicht. Hierbei stellt i„ soll öen aus der Recheneinheit 16 (Fig. 5) errechneten Stromsollvrert dar, dem der in den Eingang des Vier-Quadranten-Stellers 10 (Fig. 1, 2, 4} fließende Wechselstrom nachgeführt v/ird. .
Hierzu wird während des Zeitbereichs I das Ventil T3(Fig.1,4) dauernd geöffnet und zuerst Ventil T2 geöffnet, so daß die Gleichspannung U in Reihe mit der Momentanspannung IL. des Wechselspannungsnetzes 11 an der Drossel 4 anliegt; infolgedes= sen steigt der Strom iv ... in der Drossel 4 stark an. Danach
ti ist
wird Ventil T2 gelöscht, so daß an Drossel 4 über die Diode D1 j und Ventil T3 nur noch die Netzspannung Un anliegt. Dadurch steigt der Drosselstrom i„ . . 21 weniger schnell an als der
Iλ Xow
StroiTisollwert i„ ,, . Danach wird wieder Ventil Tn geöffnet N soll 2.
! und der beschriebene Vorgang beginnt je nach benutzter Taktfre= quenz von neuem. ,
Beim Übergang von Zeitbereich I in den Zeitbereich II (Fig. 3) ; steigt der Stromistwert 22 durch Anschalten der Netzspannung , U an die Drossel 4 schneller als der Gtrorasollwert an. Es v/ird infolgedessen notwendig, die Gleichspannung U gegen den !Ionen= tanwert der Netzspannung U„ zu schalten, was dadurch geschieht, : daß das noch leitende Ventil T, gelöscht wird, so daß die Gleich= spannung U und die Wechselspannung u,, über die Dioden D. und
D. gegeneinander geschaltet sind, wobei der durch die Drossel 4 fließende Strom i^ ist 23 stark abfällt.
Wird nun Ventil T2 gezündet, so fließt der Strom über die Diode D. und Ventil !',d.h. die Netzspannung U ist über die Drossel 4 kurzgeschlossen und der Strom i . 24 steigt wieder an. Diese Vorgänge wiederholen sich bis zum Ende des Zeitbereichs II/ d.h. bis zur. Ende der Halbwelle.
Bei negativer Phase des Stromflußes durch die Drossel übernehmen ' die Ventile T1 bzw. T^ die Rollen der Ventile T3 bzw. T_ und j die Dioden D2 bzw. D3 die Rollen der Dioden D- bzw. D-, wobei : sich die Vorgänge analog zu Zeitabschnitt I und II wiederholen.. '
Die Zünd- und Löschzeitpunkte für die Ventile T., T,, T3, T4 werden im Steuersatz 13 (Fig. 5) entweder durch Zweipunkt-Regler ■
i oder über Hilfsspannungen ermittelt.
In Fig. 2 ist an Stelle einer Brückenschaltung wie in Fig. 1 eine Mittelpunktschaltung vorgesehen. Anstatt, der Drossel 4 sind hier zwei Teildrosseln 4a, 4b vorgesehen, die über die Dioden D5' D6 ^zw. die Ventile T5 , Tg mit Spannung von verschiedener
3413 8MSJMS 3 6
Pot-IFl (873 ICiV. KV:
Größe beaufschlagbar sind. Die Funktion ist analog der der in Fig. 1 und Fig. 4 beschriebenen Schaltungsanordnungen.
Im Zeitabschnitt I (Fig. 3) addiert sich bei negativem Potential der Mittelanzapfung die Netzspannung U., über die Diode D,. zur Gleichspannung U1 wobei der Stromistwert 20 durch die Drossel 4a stark ansteigt. Durch Zünden der Ventile T5, Tß wird die Dros= sei 4a dann kurzgeschlossen. Beim übergang in dem Zeitabschnitt II wird zum Gegeneinanderschalten der Netzspannung U„ und der Gleichspannung U das Ventil Tg geöffnet und T5 abwechselnd zu Beginn geöffnet und gesperrt, bis zum Ende der Halbperiode. Bei der negativen Halbwelle werden wiederum die Ventile T,., Tß analog zu Zeitabschnitt I synchron geöffnet und gesperrt bzw. Τς bleibt im Zeitabschnitt II dauernd geöffnet und T, wird abwechselnd geöffnet und gesperrt bis zum Ende der negativen Halbperiode.
An Stelle eines Transformators 3 (Fig. 1) oder 12 (Fig. 2) kann ein Spartransformator 3a (Fig. 4) vorgesehen werden.
Die Schaltung nach Fig. 4 ist ebenso wie die Schaltung nach Fig. 1 eine Brückenschaltung und arbeitet in gleicher Weise.
Eine v/eitere Verbesserung der Erfindung besteht darin, daß man die für den Netzstrom wirksame Taktfrequenz gegenüber der Schalt= · frequenz der Einzelventile erhöht. Das läßt sich dadurch erreichen,, daß beim Vier-Quadranten-Steller nach Fig. 1 oder 4 nicht, wie in der obigen Beschreibung angegeben, die Ventile T2 bzw. T. geschaltet werden, während die Thyristoren T3 bzw. T4 in bestimm= j ten Zeitbereichen dauernd geöffnet bleiben, sondern daß die Ven= j tile T2 und T3 bzw. T und T4 jeweils abwechselnd in gleichlange Strontflußzeiten gesteuert werden. Dies hat den Vorteil, daß alle beteiligten Ventile eine gleichgroße Stromflußzeit aufweisen und damit in gleicher Stärke belastet sind.
309845/0
;"/,ij/Kf.)
Der Erfindungsgedanke beschränkt sich nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele; so ist es beispielsweise möglich/ zwei oder mehrere dieser Anordnungen wechselstromseitig parallel und gleichstromseitig parallel oder in Reihe zu schalten. Die für das Wechselspannungsnetz 11 wirksame Taktfrequenz läßt sich dann nochmals gegenüber der Schaltfrequenz des Einzelventils erhöhen, in dem die zu einer Gesamtanordnung zusammengeschalteten Vier-Quadranten-Steller phasenversetzt zueinander getaktet werden.
3 6

Claims (16)

  1. Patentansprüche
    Anordnung zur Speisung eines Gleichstrom- oder Gleichspan= nungsverbrauchers aus einem ein- oder mehrphasigen Wechsel= Spannungsnetz mit einem oberschwingungsfreien Strom, welcher in Phase mit der Netzspannung ist, wobei die Anordnung einen Vollwellengleichrichter, eine Glättungseinrichtung, einen Halbleitersteller und ein auf die doppelte Netzfrequenz ab= gestimmtes Filter enthält (Zusatz zu Patentanmeldung P 21 59 397.5), wobei die Energieeinspeisung über einen Transformator vorgesehen ist und die Glättungseinrichtung als Drossel ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Diode (D1, D2, D3, D4 bzw. D5, D6) des Vollwellen= gleichrichters wenigstens ein zwangslöschbares Ventil (T., T2 1 ¥31 T 4 bzvr. T5, Tg) des Halbleiterstellers antiparallel geschaltet ist und daß Einrichtungen (13, 14, 15, 16, 17, 18, 19) vorhanden sind, mittels derer die Zünd- und Lösch= frequenz der Ventile (T1, T3, T3, T4 bzw. T5, T&) in Ab= hängigkeit von Meßgrößen der Anordnung verstellbar ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vollwellengleichrichter (Dr1 Dß) als Mittelpunktschal= tung "ausgebildet ist (Fig. 2) .
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zv/ischen dem Anschluß der Ventile (T1, T3, T3, T4 bzw. T5, Tg) und dem zugehörigen Transformatoranschluß jeweils eine Drossel (4 bzw. 4a, 4b) vorgesehen ist.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vollwellengleichrichter (D1, D2, D3, D4) in Brücken= schaltung angeordnet ist.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeich= net, daß die Drossel (4 bzw. 4a, 4b) auf der dem speisen= den VJechselspannungsnetz (11) zugeordneten Seite des Trans= | formators (3 bzw. 3a) angeordnet ist.
    Pat 4 F 1 (670 ;CO0O/KE)
  6. 6. -Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge= |
    kennzeichnet, daß der Transformator (3a) als Spartransfor= mator ausgebildet ist (Fig.3).
  7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge= kennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung 413) vorhanden ist, die in Wirkverbindung mit den Ventilen (T., T_, T-, T. bzw. T5, Tg) steht und die Zünd- und Löschbefehle für die Ventile abgibt und daß ein Regelkreis (14, 15, 16, 17, 18, 19) vorgesehen ist, der diese Steuersinrichtung (13) in Ab= hängigkeit von Meßgrößen beeinflußt.
  8. 8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei gleiche Teilanordnungen vorgesehen sind, die auf der Gleichspannungsseite in Serie oder parallel zu= einander geschaltet sind.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilanordnung jeweils eine eigene Wicklung auf der Sekundärseite oder des Transformators zugeordnet ist.
  10. 0. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklungen untereinander parallelgeschaltet sind.
  11. 1. Verfahren zur Steuerung der Anordnung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf des durch die Drossel (4 bzw. 4a, 4b) fließenden Viechseistroms einem Wech= selstromsollwert angeglichen wird (Fig.3), der phasengleich mit der speisenden Wechselspannung ist und dessen Stromampli= tude über einen Regelkreis (14, 15, 16, 17, 18, 19) in Ab= hängigkeit von der entnommenen Leistung bzw. von der Höhe der Spannung des Gleichspannungskreises (12) beeinflußt wird.
  12. 2. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meß- und Recheneinheit (17 bzw. 16) vorgesehen ist, durch welche der Verlauf der Speisev/echselspannung gemessen und ein ihr phasengleicher Wechselstromsollwert gebildet wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Wechselstromsollwertes durch einen Re= gelkreis (14,15) in Abhängigkeit von Meßv/erten vorgegeben wird.
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeich= net durch eine Zündung und Löschung der Ventile (T1/ T„, T-, T. bzw. αν, T,) in der Weise, daß abschnittsweise die Netzspannung oder die Summe bzw. Differenz von Netzspannung und Gleichspannung an die Drossel {4 bzw. 4a, 4b) gelegt wird.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet,j
    daß in äquivalenten Zweigen (T1, T2 bzw. T3, T. bzw. T5
    bzv/. T-.) befindliche steuerbare Ventile zeitlich verset: b
    zueinander geöffnet und gelöscht werden.
  16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß v/ährend einer Halbperiode die Steuer= signale für die steuerbaren Ventile einer Teilanordnung phasenversetzt gegenüber denen der anderen Teilanordnung ausgelegt werden.
    309845/0536
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