DE2236554C2

DE2236554C2 - Anordnung zur Speisung eines mehrphasigen elektrischen Verbrauchers über Umrichter

Info

Publication number: DE2236554C2
Application number: DE2236554A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr Abraham
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1972-07-26
Filing date: 1972-07-26
Publication date: 1982-06-03
Also published as: DE2236554A1; US3875491A; CH554103A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Speisung eines mehrphasigen elektrischen Verbrauchers über Umrichter gemäß Oberbegriff des Patentam-Spruchs 1.

Eine derartige Schaltung ist aus der US-PS 33 43 063 bekannt. Diese Entgegenhaltung zeigt einen dreiphasigen Verbraucher, bei dem die Wicklungsstränge der einzelnen Phasen nicht miteinander verbunden, d. h. nicht im Stern oder im Ring geschaltet sind, sondern einzeln über Umrichter in Brückenschaltung gespeist werden, wobei die Umrichter einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis besitzen. Die Speisung mit aufgelösten Wicklungssträr.gen weist die Eigenschaft auf, daß man durch Phasenschwenkung der Ausgangsspannung beider Brückenhälften gegeneinander eine Reduzierung der Verbraucherspannung und der Oberschwingungen erzielen kann. Die Oberschwingungen mit durch 3 teilbarer Ordnungszahl sind nun aber in der Strangspannung vorhanden, so daß dieses Verfahren auf kleine Aussteuerbereiche beschränkt bleibt Es ist weiterhin bekannt die Ausbildung der Oberschwingungsströme mit durch 3 teilbarer Ordnungszahl bei dreiphasigen Anordnungen dadurch zu begrenzen, daß man jede der drei Phasen im Lastkreis über je eine Wicklung einer Drossel mit gemeinsamem Eisenkern führt Die Anwendung dieser Drossel führt aber zu Problemen, wie sie weiter unten für die Anwendung von Saugdrosseln näher erläutert werden.

Ähnlich verhalten sich mehrphasige Anordnungen mit beliebiger Phasenzahl m. Durch einseitige Speisung mit offenem Sternpunkt lassen sich die Stromoberschwingungen mit Ordnungszahlen, die durch m teilbar sind, unterdrücken. Durch Einzelspeisung der einzelnen Phasen mit einphasigen Brücken, die galvanisch verbunden oder getrennt sein können, lassen sich die Oberschwingungen allgemein reduzieren, die Stromoberschwingungen mit durch m teilbarer Ordnungszahl treten aber wieder in Erscheinung und können nur durch eine Zusatzdrossel unterdrückt werden.

Seit jähren werden auch schon Anordnungen zur Speisung von Drehstrommaschinen eingesetzt, die andere Betriebsverfahren verwenden. So werden z. B. Umrichter, die einen Gleichrichter, einen Wechselrichter und einen Gleichspannungszwischenkreis besitzen, zur Speisung von Asynchronmaschinen herangezogen, wobei eine Änderung der Maschinenspannung durch Variation der Zwischenkreisspannung oder auch durch Pulsen des Wechselrichters, z. B. nach dem Unterschwingungsverfahren, erzielt wird. Ein wesentliches Problem bei der Verwendung derartiger Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis besteht darin, daß die Ausgangsspannung des Wechselrichters relativ große Oberschwingungsamplituden enthält, welche den Verbraucher in unerwünschter Weise belasten und gegebenenfalls die Kommutierung ungünstig beeinflussen.

Es sind nun verschiedene Maßnahmen bekannt geworden, um die Oberschwingungsspannungen bzw. -ströme zu reduzieren. So werden beispielsweise beim Unterschwingungsverfahren die Taktverfahren so gestaltet, daß möglichst kleine Oberschwingungsamplituden entstehen. Weiterhin ist es günstig, bei dreiphasigen Wechselrichtern den Sternpunkt der Last nicht anzuschließen, da sich dann keine Oberschwingungen ausbilden können, deren Ordnungszahl durch 3 teilbar ist. Auf diese Weise wird die bei vielen Wechselrichtern recht große Oberschwingungsamplitude dritter Ordnung wirkungslos gemacht

Außerdem ist bekannt, zur weiteren Reduzierung der Oberschwingungen zwei oder mehr Wechselrichter mit phasenversetzter Ausgangsspannung parallel zu schalten. Für diese Parallelschaltung benötigt man jedoch Saugdrosseln, die neben zusätzlichem Gewicht und Kosten auch noch technische Schwierigkeiten mit sich bringen, da zwischen den Ausgangsspannungen der beiden Umrichter Gleichstromkomponenten oder Spannungen niedriger Frequenz auftreten können, welche zu einer Sättigung des Eisenkerns der Saugdrossel führen, wodurch diese wirkungslos wird, was zu einem gestörten Betrieb der Wechselrichter führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die keine Saugdrossel benötigt und eine Beseitigung der dritten sowie eine starke Reduzierung der weiteren Oberschwingungen ermöglicht

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs- \o beispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigt

F i g. ΐ ein schematisches Ausführungsbeispiel für die Speisung einer Asynchronmaschine und

F i g. 2 ein schematisches Ausführungsbeispiel für die Speisung einer Synchronmaschine.

In F i g. 1 wird eine Asynchronmaschine 1 mit den drei Phasen II, 12, 13 von zwei Umrichtern 4, 5 gespeist, wobei der erste Umrichter 4 mit je einer Phasenanschlußklemme 21, 22, 23 der Asynchronmaschine 1 verbunden ist und der Umrichter 5 mit den Phasenanschlußklemmen 31, 32, 33 verbunden ist. Jeder Umrichter 4,5 besteht aus einem Gleichrichter 41 bzw. 51, einem Gleichspannungskreis mit Stützkondensator 42 bzw. 52 und einem Wechselrichter 43 bzw. 53. Die Umrichter 4, 5 werden von zwei Drehstromsystemen RA, SA, TA bzw. R 5, S 5, 7"5 gespeist, deren Potentiale gegeneinander nicht festgelegt sind. Zur näheren Erläuterung wird zunächst angenommen, daß die beiden Gleichspannungszwischenkreise über eine Impedanz 6 miteinander verbunden sind, dann gilt nach Kirchhoff

i\ + h + K = to,

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denn die Summe der Ströme in den Zuleitungen R 4, SA, TA sowie Λ 5,55, T5 muß Null sein, weil keine weiteren Verbindungen vorhanden sind, in denen Ausgleichsströ- J5 me fließen können. Der Strom i₀ enthält alle gleichphasigen Anteile der Ströme i\, ii, /3, also diejenigen Oberschwingungen, deren Ordnungszahl durch drei teilbar ist und gegebenenfalls ein Gleichstromglied. Macht man d^;e Impedanz 6 sehr groß, so werden diese Anteile in den Phasenströmen /1, /2, /3 unterdrückt, während die anderen Anteile der Phasenströme, insbesondere die Grundschwingung, unbehindert fließen können.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich alle bekannten Verfahren zur Spannungsverstellung und zur Reduzierung der Oberschwingungsamplituden anwenden, wie z. B. die Phasenschwenkung der Ausgangsspannung der beiden Umrichter gegeneinander, phasenversetzte Pulsverfahren in beiden Umrichtern u. a. m.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß keine gleichsinnigen Gleichstromglieder und auch keine gleichphasigen Unterschwingungen (z. B. bei schnellen Änderungen der Aussteuerung) entstehen können. So kann man in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die beiden Umrichter mit völlig unterschiedlichen Steuerverfahren betreiben, wobei man die Steuerverfahren so aufeinander abstimmt, daß in der resultierenden Spannung die Oberschwingungen höherer Ordnungszahl (größer als 3) besonders klein werden und die dritte Oberschwingung beliebig groß werden kann.

Der Erfindungsgedanke kann auch dahingehend ausgenutzt werden, daß die beiden speisenden Umrichter mit verschiedener Zwischenkreisspannung betrieben •werden oder daß sogar zwei Umrichter, die mit an sich bekannten, unterschiedlichen Steuerverfahren betrieben werden, kombiniert werden. F i g. 2 zeigt hierbei ein wichtiges Anwendungsbeispiel. Eine Synchronmaschine 8 mit der Erregerwicklung 80 wird über einen Umrichter 7 gespeist, der aus einem gesteuerten Gleichrichter 71, einem Gleichstromzwischenkreis mit der Glättungsdrossel 72 und einem maschinengeführten Wechselrichter 73 besteht. Diese Anordnung ist unter dem Namen Stromrichtermotor bekannt. Die Kommutierung des Wechselrichters 73 durch die Spannung der Synchronmaschine 8 ist bei Stillstand oder bei kleinen Drehzahlen nicht möglich. Die bisher bekannten Zusatzmaßnahmen für den Anlauf der Maschine bewirken nur ein ruckweises Anfahren oder sind recht aufwendig. Man kann nun die Vorteile des Stromrichtermotors (geringer Aufwand) mit den Vorteilen der selbstgeführten Stromrichter (annähernd sinusförmiger Stromverlauf bei kleinen Frequenzen) verbinden, indem man entsprechend F i g. 2 einen zweiten selbstgeführten Umrichter 5 in der erfindungsgemäßen Anordnung einfügt. Die Spannung des Umrichters 5 kann wesentlich kleiner sein (z.B. 10%) als die des Umrichters 7, so daß mit nur geringem Zusatzaufwand ein ruckfreies Anfahren des Stromrichtermotors 8 erzielt wird.

Der Erfindungsgedanke erfaßt nicht nur dreiphasige Verbraucher oder elektrische Maschinen. Er kann auf alle mehrphasigen Verbraucher angewendet werden. Vorteile treten besonders bei höheren Leistungen hervor, denn hier ist meist eine Unterteilung der Gesamtleistung in zwei oder mehrere Teilumrichter notwendig, so daß die erfindungsgemäße Anordnung ohne Mehraufwand aufgebaut werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Anordnung zur Speisung eines mehrphasigen elektrischen Verbrauchers (1, 8), dessen Phasenanschlußklemmen (21, 31; 22, 32; 33) verschiedener Phasen (11,12, 12) nicht unmittelbar untereinander verbunden sind, über Umrichter (5, 4 bzw. 7), dadurch gekennzeichnet, daß zwei Umrichter (5, 4 bzw. 7) vorgesehen sind, die aus einem Gleichrichter (41,51,71), einem Wechselrichter (43, 53,73) und einem Gleichspannungs- mit Mitteln zur Spannungskonstanthaltung bzw. Gleichstromzwischenkreis mit Mitteln zur Stromkonstanthaltung bestehen und an zwei verschiedenen Wechsel- bzw. Drehstromnetze (R 5, S 5, T5, R 4, S4, 74 bzw. R 7, 57, T7) angeschlossen sind, daß jeweils der ersten Phasenanschiußklemme (21, 22, 23) jeder Verbraucherphase (11, 12, 13) eine Phase des ersten Wechselrichters (43 bzw. 73) und jeweils der zweiten Phasenanschlußklemme (31, 32, 33) jeder Verbraucherphase (11, 12, 13) eine Phase des zweiten Wechselrichters (53) zugeordnet ist und daß sich die elektrische Spannung zwischen den beiden Umrichtern (5,4 bzw. 7) frei ausbilden kann und von äußeren Schaltmaßnahmen unabhängig ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (1) als Drehstromasynchrontnaschine ausgebildet ist und daß die beiden Umrichter (4 bzw. 7, 5) als selbstgeführte Umrichter ausgebildet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umrichter (4 bzw. 7, 5) mit unterschiedlichen Steuerverfahren betreibbar sind, die so aufeinander abgestimmt sind, daß in der resultierenden Verbrauchcr-Wechsel-Spannung die Oberschwingungen mit einer Ordnungszahl größer als 3 möglichst klein werden, wobei die dritte Oberschwingung beliebig groß werden darf.

4. Anordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Umrichter (4 bzw. 5) mit Gleichspannungskreis vorgesehen iind, wobei die Zwischenkreisspannung der beiden Umrichter voneinander verschiedene Werte aufweisen.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher als Synchronmaschine (8) ausgebildet ist, und daß einer der beiden Umrichter als Umrichter (7) mit Gleichstromzwischenkreis und der andere als Umrichter (5) mit Gleichspannungszwischenkreis ausgebildet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des Gleichspannungszwischenkreises wesentlich kleiner als die des Gleichstromzwischenkreises ist.