DE2415894A1

DE2415894A1 - Frequenzwandler

Info

Publication number: DE2415894A1
Application number: DE2415894A
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Cordier
Original assignee: ACEC; Ateliers de Constructions Electriques de Charleroi SA
Current assignee: ACEC; Umicore NV SA
Priority date: 1973-04-02
Filing date: 1974-04-02
Publication date: 1974-10-10
Also published as: GB1464778A; IT1003993B; NL7404426A; ES424805A1; FR2223887A1; US3902112A; BE797646A; FR2223887B1

Description

Frequenzwandler Die Erfindung betrifft Frequenzwandler, die zur Speisung von-Synchronmaschinen mit veränderlicher Drehzahl aus einem beliebigen Wechselstromnetz, insbesondere aus einem Dreiphasennetz, verwendet werden.
Fig.1 zeigt das Schema eines bekannten Frequenzwandlers dieser Art. Er hat drei Thyristorgruppen mit jeweils drei parallelen Zweigen mit Je zwei in Reihe liegenden Thyristoren. Die beiden Klemmen jeder Thyristorgruppe sind jeweils über eine Wicklung einer dreiphasigen Glättusigsdrossel mit einer Phase des Versorgungsnetzes verbunden. Die Verbindungspunkte der,beiden Thyristoren in den einander entsprechenden Zweigen der drei Thyristorgruppen sind miteinander und mit jeweils einer der Anschlußklemmen der zu speisenden Synchronmaschine verbunden. Es sind Schaltungen vorgesehen, mit denen die verschiedenen Thyristoren in der erforderlichen Weise gemäß der für die Synchronmaschine gewünschten Drehzahl zyklisch gezündet werden.
Das Schema von Fig.1 zeigt das dreiphasige Versorgungsnetz R, die beiden dreiphasigen Glättungsdrosseln L1 und L2, die Synchronmaschine MS und die Thyristoren T11 T12; T21' erz , T22 T91, T92 der verschiedenen Zweige.
Die dreiphasigen Glättungsdrosseln L1 und L2 weisen zahlreiche Nachteile auf. Ihre Mehrfachwicklungen werden insbesondere von unvollständigen Stronkurven durchlaufen, was bewirkt, daß der aktive Teil der Glättungsdrosseln sehr schlecht ausgenutzt wird. Außerdem sind in diesen bekannten Vorrichtungen die Thyristoren regelmäßig einer Spannung ausgesetzt, die gleich der Augenblickssumme der Netzspannung und der Maschinenspannung ist; diese Spannungen haben dieselbe Maximalamplitude. Schließlich eignen sich diese Vorrichtungen nicht für die gemischte Verwendung von Thyristoren und Dioden, die bekanntlich im Hinblick auf die in dem Netz verbrauchte Blindleistung sowie vom wirtschaftlichen Standpunkt aus sehr vorteilhaft ist.
Die vorliegende Erfindung beseitigt alle diese Nachteile: Sie ermöglicht, die Glättungsdrossel mit Mehrfachwicklungen durch eine herkömmliche Gleichstromglättungsdrossel zu ersetzen; sie verringert die Spannungsbelastung der Thyristoren der Schaltung und ermöglicht eine Steuerung des Frequenzwandlers im Sinne einer Optimierung der Rückwirkung gegenüber dem Netz in doppelter Hinsicht, nämlich im Hinblick auf die wieder eingespeisten Harmonischen und auf die verbrauchte Blindleistung.Schließlich eignet sie sich für eine gemischte Variante aus Thyristoren und Dioden, die in wirtschaftlicher Hinsicht besonders interessant ist.
Nach der Erfindung ist ein Frequenzwandler für die Stromversorgung von Synchronmaschinen mit veränderlicher Drehzahl, mit drei Thyristorgruppen, von denen jede drei parallele Zweige mit Je zwei in Reihe liegenden Transistoren hat, wobei die Verbindungspunkte der beiden Thyristoren in den einander entsprechenden Zweigen der drei Thyristorgruppen miteinander und mit jeweils einer der Anschlußklemmen der Synchronmaschine verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein dreiphasiger Speisetransformator mit einer an das Netz angeschlossenen Primärwicklung und mit zwei getrennten Sekundärwicklungen vorgesehen ist, daß die drei AnschluB-klemmen jeder Sekundärwicklung mit dem einen bzw. dem anderen Ende von jeweils einer der drei Thyristorgruppen verbunden sind, daß zwei Gleichrichtergruppen mit Jeweils drei Gleichrichtern vorgesehen sind, die an ihren einen Elektroden mit zu der Durchlaßrichtung der Thyristoren in den drei Thyristorgruppen entgegengesetzter Durchlaßrichtung an die Anschlußklemmen der einen bzw der anderen Sekundärwicklung angeschlossen sind, und daß die anderen Elektroden der drei Gleichrichter jeder Gleichrichtergruppe miteinander und mit der einen bzw. der anderen Klemme einer Gleichstromglättungsdrossel verbunden sind.
In Weiterbildung der Erfindung ist die eine der Sekundärwicklungen des Speisetransformators im Dreieck und die andere im Stern geschàltet.
Die folgende Beschreibung und die Fig.2 der beigefügten Zeichnungen beziehen sich auf besondere Ausftiiirungsbeispiele der Erfindung.
Fig.2 zeigt einen Frequenzwandler, der wie derJenige von Fig.1 mit Thyristoren T11, T12; T212 T22; ...T91, T92 ausgerüstet ist und eine Synchronmaschine MS speist. In Fig.2 sind dieJenigen Teile, die mit denjenigen von Fig.1 identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die verschiedenen Thyristoren T11, T12; T21, T22 T91, T92 sind auf drei Thyristorgruppen verteilt, von denen Jede drsi parallelgeschaltete Zweige mit zwei in Reihe geschalteten Thyristoren enthält, und die Verbindungspunkte der beiden Thyristoren in den einander entsprechenden Zweigen jeder Thyristorgruppe sind zusammengeschaltet und mit der Synchronmaschine MS Verbunden.
Der Frequenzwandler wird durch einen dreiphasigen Transformator gespeist, dessen an das Netz R angeschlossene Primärwicklung im Dreieck geschaltet ist. Dieser Transformator besitzt zwei im Stern geschaltete Sekundärwicklungen S1 und S2, die mit den drei Thyristorgruppen in der in Fig.2 dargestellten Weise verbunden sind.
Die beiden Sekundärwicklungen S1 und S2 sind außerdem jeweils mit drei Thyristoren T1, T2, T3 bzw. T4, T5, T6 verbunden, die andrerseits Jeweils an einem gemeinsamen Punkt zusammengeschaltet sind und deren Durchlaßrichtung zu derjenigen der Hauptthyristoren entgegengesetzt ist. An die gemeinsamen Schaltungspunkte der Thyristoren T1, T2, T3 und T4, T5, T6 sind die Klemmen einer Gleichstromglättungsdrossel L angeschlossen.
Der Gleichstromkreis der Glättungsdrossel L kann gegebenenfalls die Erregung der Synchronmaschine und Meßschaltungen für die Regelung enthalten. Man kann hier einen Gleichstromschnellauslöser zwischenschalten, bei welchem es sich um ein klassiches und bei Gleichrichtern erprobtes Gerät handelt. Der Schutz der Vorrichtung ist folglich viel einfacher und weniger kostspielig als bei der in Fig.1 dargestellten bekannten Schaltung, die die Verwendung von dreiphasigen Schnellauslösern erfordert, welche teuerer und im Gebrauch weniger üblich sind.
Die Transformatoranordnung mit einer Sekundärwicklung in Sternschaltung und einer Sekundärwicklung in Dreieckschaltung wird bevorzugt, da sie ohne weiteres einen Teil der gewöhnlich in das Netz zurückgeschickten Harmonischen beseitigt. Die Phasenspannung jeder der Sekundärwicklungen ist gleich der Hälfte der in dem Fall der bekannten Schaltung von Fig.1 erforderlichen Spannung.
Die Hauptthyristoren T11 T12; T21' T22; .....T91, T92 sind einer maximalen Augenblicksspannung ausgesetzt, die nicht größer ist als drei Viertel der Spannung, die in der bekannten Schaltung von Fig.1 wirksam ist, da an der Augenblickssumme der Spannungen die Spannung der Maschine und eine Netzspannung beteiligt sind, die nur die Hälfte der Spannung des Ausgangsnetzes beträgt, deren Amplitude gleich der Maximalamplitude der Maschinenspannung ist.
Die maximale Spannungsbelastung der Hilfsthyristoren T1 bis T6 ist durch die Spannung der Sekundärwicklungen S1 und S2 festgelegt, d.h. sie beträgt ein Viertel der maximalen Augenblicksspannung an den Klemmen der Thyristoren der bekannten Schaltung von Fig.1.
Schließlich ermöglicht die oben beschriebene Vorrichtung eine Verbesserung des Leistungsfaktors durch eine zweckentsprechende Steuerung der Thyristoren. Eine Abwandlung der Schaltung von Fig.2 besteht darin, die Hilfsthyristoren T1, T2, ....T6 durch Dioden zu ersetzen.Sie besitzt sämtliche Vorteile dieser Schaltung und zusätzlich den Vorteil der sich durch diesen Ersatz ergebenden Einsparung. In diesem Fall erfolgt jedoch die Verbesserung des Leistungsfaktors von selbst und nicht mehr aufgrund einer besonderen Steuerung der Thyristoren.
Diese Abwandlung ermöglicht indessen nur eine Energieüber--tragung vom Netz zur Maschine. Sie ist folglich insbesondere für Anwendungsfälle geeignet, in welchen das Drehmoment der Maschine im wesentlichen ein Motormoment ist.
Es versteht sich, daß die Thyristoren, die in den oben beschriebenen Schaltungen vorhanden sind, in Jeder zweckmässigen Weise gesteuert werden können, und daß im Rahmen der Erfindung weitere Abwandlungen möglich sind.
liratentansprüche

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e (1,)Frequenzwandler für die Stromversorgung von Synchronmaschinen mit veränderlicher Drehzahl, mit drei Thyristorgruppen, von denen jede drei parallele Zweige mit je zwei inReihe liegenden Transistoren hat, wobei die Verbindungspunkte der beiden Thyristoren in den einander entsprechenden Zweigen der drei Thyristorgruppen miteinander und mit jeweils einer der Anschlußklemmen der Synchronmaschine verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein dreiphasiger Speisetransformator mit einer an das Netz angeschlossenen Primärwicklung und mit zwei getrennten Sekundärwicklungen vorgesehen ist, daß die drei Anschlußklemmen jeder Sekundärwicklung mit dem einen bzw.

dem anderen Ende von Jeweils einer der drei Thyristorgruppen verbunden sind, daß zwei Gleichrichtergruppen mit Jeweils drei Gleichrichtern vorgesehen sind, die an ihren einen Elektroden mit zu der Durchlaßrichtung der Thyristoren in den drei Thyristorgruppen entgegengesetzter Durchlaßrichtung an die Anschlußklemmen der einen bzw. der anderen Sekundärwicklung angeschlossen sind, und daß die anderen Elektroden der drei Gleichrichter jeder Gleichrichtergruppe miteinander und mit der einen bzw. der anderen Klemme einer Gleichstromglättungsdrossel verbunden sind.
2. Frequenzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß -die Gleichrichter in den beiden Gleichrichtergruppen Thyristoren sind.
3. Frequenzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter in den beiden Gleichrichtergruppen Dioden sind.
4. Frequenzwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Sekundärwicklungen des Speisetransformators im Dreieck geschaltet ist und daß die andere im Stern geschaltet ist.

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