DE2507392A1

DE2507392A1 - Schaltungsanordnung zur ableitung einer synchronisierungsspannung fuer den steuersatz eines fremdgefuehrten stromrichters

Info

Publication number: DE2507392A1
Application number: DE19752507392
Authority: DE
Inventors: Shigefumi Dipl Ing Fujiki; Kunihiko Dipl Ing Sawa
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1974-03-25
Filing date: 1975-02-20
Publication date: 1975-10-02
Also published as: JPS5344220B2; CH573679A5; FR2266375A1; ATA223875A; IT1034356B; AT335011B; JPS50125220A; FR2266375B1

Description

Kawasaki/Japan Wemer-von-Siemens-

PTJJI ELECTRIC CO. LTD. Erlangen, den IQ FFR juic

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Mein Zeichen:

VPA 74/8346 Spl/Bsk

Schaltungaanordnung zur Ableitung einer Synchronisierungaapannung für den Steuersatz einea fremdgeführten Stromrichtera

Ea wird die Priorität aua der japanischen Patentanmeldung Sho 49-33 271 vom 25.3.1974 beansprucht.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungaanordnung zur Ableitung einer Synohronisierungaapannung für den Steuersatz eines fremdgeführten Stromrichters, wobei der Stromrichter eine Anzahl steuerbarer elektrischer Ventile umfaßt und wobei die Primärwicklung eines Hilfstransformators parallel zu den Wechselspannungsklemmen des Stromrichters liegt und die Synchronisierungsspannung aus der Sekundärwicklung des Hilfstransformators entnehmbar ist.

Diese Art der Schaltungsanordnung wird eingesetzt zur Erzeugung von synchronisierenden Zündimpulsen für die Steuerung einzelner, steuerbarer Stromrichterventile. Bei der eingangs genannten Schaltungsanordnung weist die dem Hilfstransformator entnommene Spannung durch Kommutierungseinbrüche bedingte zusätzliche Nulldurchgänge auf. Da für die Synchronisierung der Zündimpulse nur die natürlichen Nulldurchgänge genau erfaßt werden müssen, ist jeder weitere Nulldurchgang störend für die Synchronisierung.

Eine der Methoden solche Spannungseinbrüche zu unterdrücken besteht darin, Filter auf der Sekundärseite des Hilfstransformators einzusetzen. Wenn die Frequenz der Wechselspannungsquelle oder der Generatorspannung sich jedoch in einem weiten Bereich ändert, weist die Hilfswechselspannung, die dem Filter entnommen wird, eine Phasenabweichung auf, die von der Fre-

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quenzänderung abhängt. Damit tritt als Nachteil auf, daß die Bezugspunkte für die Synchronisierung der Ziindiopulse ftir die einzelnen, steuerbaren elektrischen Ventile nicht mehr fixiert sind.

Darttberhinaus wurde ein weiteres Verfahren diskutiert. Dabei wird eine Drosselspule, die der Streuinduktivität des Stroeriohtertransformators oder der elektrischen Maschine entsprioht, in Serie geschaltet zwischen den Stromrichtertraneformator bzw. die elektrische Maschine und die Wechselspannungsklemmen des Stromrichters. Weiterhin ist eine zweite Drosselspule vorgesehen, die mit der ersten Drosselspule magnetisch stark gekoppelt ist und die gleiche Windungszahl aufweist. Durch Addition der Spannung, die in dieser getrennten Drosselspule induziert wird, zu der Spannung, die dem Hilfstransformator entnommen wird, erhält man eine einwandfreie sinusförmige Wechselspannung, die keine Kommutierungseinbriiche aufweist.

Auch diese Methode ist jedoch mit einem Nachteil behaftet. Die Oberlappungszeit der Kommutierung im Stromrichter wird verlängert, da die Kommutierungsinduktivität entsprechend dem Induktivitätswert der zusätzlichen Drosselspule anwächst.

Besonders wenn eine Wechselatrommaschine durch einen Wechselrichter oder einen getrennt gesteuerten Stromrichter angetrieben wird, sollte der frequenzabhängige Anstieg der Phasenabweichung und der Überlappungszeit der Kommutierung soweit als möglich vermieden werden. Damit wird ein Betrieb ermöglicht, in dem weder Fehler bei der Kommutierungaliberlappung noch Kommutierungskurzschliisse auftreten.

Bs besteht die Aufgabe eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine frequenzunabhängige Phasenlage der Synchronisierungsspannung ohne ins Gewicht fallende Erhöhung der Überlappungszeit bei geringem Kostenaufwand gewährleistet.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch, gelöst, daß zur Ausgangswicklung eines Stromwandlers, der zwischen eine Weehaelapannungaquelle oder eine elektrische Drehstrommaschine und die Wechaelspannungsklemmen des Stromrichters geschaltet iat, eine Kompensationsinduktivität parallel geschaltet iat, die in Reihe zur Primär- oder Sekundärwicklung des Hilfatransformators liegt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren 1 bis 3 erläutert. Dabei zeigen die Pig. 1 und 2 zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele. Pig. 3 zeigt einige Diagramme zur Erläuterung der Erfindung.

Daa in Pig. 1 dargestellte Auaftihrungsbeispiel zeigt einen netzgeftihrten Stromrichter 1, der vier Thyristoren in einer vollgesteuerten Einphasenbrückenschaltung aufweist und der mit seinen Wechselspannungsklemmen an der Sekundärwicklung eines Stromrichtertransformators 2 liegt. In diesem Pail ist die Streuinduktivität, die an der Sekundärseite des Stromrichtertransformators 2 auftritt, mit L.. bezeichnet. Eine Gleichspannungslast 7 ist an die Gleichspannungsklemmen des Stromrichters 1 tiber eine Glättungsdrossel 3 angeschlossen. In einem aolchen Schaltkreis werden wegen der Existenz der Streuinduktivität Iu im Stromrichtertransformator 2 sich überlappende Perioden im Kommutierungaprozeß der zum Stromrichter 1 gehörigen Thyristoren hervorgerufen. Aus diesem Grund weist die Spannung E_e an der Sekundärwindung des Stromrichtertransformatora 2 (d.h. die Spannung, die an den Wechselspannungsklemmen dea Stromrichtera 1 auftritt) mit Kommutierungaeinbrüchen bezeichnete Spannungseinbrüche auf, wie dies in Pig. 3a dargestellt ist. Dies tritt selbst dann auf, wenn die Wechselspannung an der Primärseite des Stromrichtertransformatora verzerrungafreie Sinuaform besitzt. Demzufolge weist die Spannung E an der Sekundäreeite des Hilfstransformators 4 eine Kurvenform auf, die mit ganz ähnlichen Spannungseinbrüchen behaftet iat. Diea ist in Pig. 3d dargestellt.

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Erfindungsgemäß liegt in dem Schaltkreis zwischen dem Stromriohter 1 und dem Stromrichtertransformator 2 ein Stromwandler 5. Eine Drosselspule 6 ist als Kompensationsinduktivität an die Ausgangswicklung des Stromwandlers angeschlossen. Diese Drosselspule 6 ist in Reihe geschaltet mit der Sekundärwicklung des Hilfstransformators 4. In dieser Schaltungsanordnung wird der Drosselspule 6 der Ausgangsstron ig (Fig. 3c) des Stromwandlers 5 zugeführt, der proportional zu des in der Sekundärwicklung des Stromrichtertrausformatorβ 2 fließenden Strom I₁ ist (Fig. 3b).

Die Klemmenspannung E_g an der Sekundärwicklung des Stroerichtertransformators 2 wird während der Überlappungezeit der Thyristoren des Stromrichters 1 zu Null (Fig. 3a). Die Größe dieses Spannungseinbruchs wird beschrieben durch L.j'di.j/dt, wobei die Streuinduktivität des Stromrichtertransformators mit L.. bezeichnet ist. Unter der Annehme, daß das Verhältnis der Windungszahlen von Primärwicklung und Sekundärwicklung des Hilfstransformators 4 durch n:1 (gewöhnlich n>1) ist, ergibt sich der Spannungseinbruch der Sekundärspannung E_ des Hilfstransformators während der Überlappungszeit als 1/n'L^'di^/dt. Setzt man das Verhältnis der Windungszahlen von Primärseite und Sekundärseite des Stromwandler 5 als 1:m (gewöhnlich m>i)an, so ist der Gradient des Ausgangsstroms i₂ de« Stromwandlers während der Überlappungszeit gegeben durch di₂/dt = 1/m'di^/dt. Bezeichnet man die Induktivität der zur Sekundärwicklung des Hilfstransformators 4 in Serie geschalteten Drosselspule 6 mit Lp, dann ergibt sich die Spannung in der Drosselspule 6 zu Lp'1/m'di^/dt. Diese Spannung L₂*1/m*di^/dt ist dem obengenannten Wert des Spannungseinbruchs 1/n'L^di^/dt entgegengerichtet. Daher ergibt sich der zur Kompensation des Spannungseinbruchs notwendige Induktivitätswert L₂ der Drosselspule 6 aus der Sleichung L₂ = m/n'L^ Bei dieser Wahl der Induktivität L₂ erhält man die Hilfswechselspannung Ε_χ an den Ausgangsklemmen a, b in einwandfreier Sinusform, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Der Wert der Kompensationsinduktivität L₂ muß nicht exakt

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den durch obige Gleichung festgelegten Wert anzunehmen, der sich durch die Forderung nach einwandfreier Sinusform der Synchronisierungsspannung ergibt. Es genügt bereits ein Induktivitätswert, der die Ausbildung zusätzlicher Nulldurchgänge verhindert.

Wenn die durch das Einbringen des Stromwandler 5 zusätzlich im Hauptstromkreis wirkende Induktivität mit L bezeichnet wird, ergibt sich die in ihr entstehende Spannung zu L "di^/dt.

Λ I

Auf der Sekundäraeite des Stromwandlers 5 entsteht demzufolge eine Spannung, deren Wert gegeben ist durch m'L'αί,/ät. Da-

Jt I

mit diese Spannung vollständig den Spannungseinbruch 1/n'L·^*

di.,/dt der sekundärseitigen Spannung S_ des Hilfstransformai s

tors 4 kompensiert, muß gelten:

• _T . di., _ 1 . χ · dij
m Ii 1 = ii-i 1

* alT F" ' dT~
Damit ergibt sich:

τ 1 . τ
^Lx ⁼ a-ΤΓ ^L1

Da jedooh Spannung und Strom im Hauptkreis im allgemeinen groß sind, sind gewöhnlich die Werte von η und m hinreichend größer als 1. Damit ist gewöhnlich L.. sehr viel größer ala L , so daß bei einem Aufbau wie im vorliegenden Auaftthrungabeiapiel nahezu keine Zunahme der Kommutierungainduktivität eintritt, die einen unerwünschten Effekt auf die Kommutierung des Hauptkreises ausüben würde.

Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Ausführungsbeispiels gegenüber dem diskutierten Vorschlag besteht darin, daß die Anforderungen an Strom-und Spannungabelaatbarkeit der Drosselspule 6 verringert werden, da diese Kompensationsdrosselspule auf den Setundärseiten des Hilfstransformators 4 und des Stromwandlers eingesetzt ist.

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Pig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem die Erfindung bei einem lastgeführten Stromrichter für einen Drehstrommotor eingesetzt ist, der mit Hilfe der EMK der elektrischen Maschine die Kommutierung bewirkt. Ein Stromrichter 10, der sechs Thyristoren in einer vollgeateuerten Brückenschaltung umfaßt, speist den Motor, der im Ausführungsbeispiel ein Synchronmotor 20 let, durch Umformung einer von einer Gleichspannungsquelle über eine Glättungsärossel 30 gelieferten Gleichspannung. In diesem Fall ist die Streuinduktivität des Motors 20 in der Zeichnung mit L^q bezeichnet. Zur Synchronisation werden aus der Sekundärseite des Hilfstransformators 40 Wecheelspannungen entnommen. Sie dienen zur Steuerung der einzelnen !Thyristoren in dem Stromrichter 10 in Abhängigkeit von der Phasenlage der EMK des Elektromotors 20. In diesem Fall tritt ein Kommutierungseinbruch auf der Sekundärseite des Hilfstransformators 40 während der Überlappungszeit der Thyristoren im Stromrichter 10 ein, wie oben beschrieben wurde. Um diesen Kommutierungseinbruch zu kompensieren, wird der Strom in jeder Phasenwicklung des Motora durch Stromwandler 50_R, 50_g und 50m erfaßt. Die Ausgangaatröme jedes Stromwandlers werden den Drosselspulen 60-^, 60g und 6O₃, zugeführt. Darüberhinaus liegt jede der Drosselspulen 60^, 60g und 60m in Reihe zu einer Sekundärwicklung des Hilfatransformators 40, die der gleichen Phasenwicklung zugeordnet ist wie die jeweilige Drosselspule. Damit kann an den Ausgangaklemmen r, s und t eine dreipba sige Synchroniaierungsspannung entnommen werden, deren Kommutierungseinbrüche ebenso kompensiert sind, wie in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.

In einer Abwandlung der Erfindung kann die Kompensationsdrosselspule, die bislang durch den ausgangsseitigen Strom der Stromwandler in den Fig. 1 und 2 versorgt wurde, in diesem Fall nicht mit der Sekundärseite, sondern mit der Primärseite des Hilfstransformators verbunden werden. Da jedoch dabei die Größe der Kommutierungsinduktivität im Hauptkreis und die Anforderungen an die Spannungsbelastbarkeit der Kom-

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peneationedrossel höher sind, ist die Arbeitsweise dieser Schaltungsanordnung weniger glinatig als die der in Pig. 1 und 2 dargestellten Ausflihrungsbeispiele. FUr den Fall, daß der Hauptkreis mit niedrigen Spannungen und hohen Strömen betrieben wird, erhält man jedoch immer noch eine Schaltungsanordnung, deren Arbeitsweise den herkömmlichen Schal- tungeauoTdnungen bei weitem überlegen ist.

Bisher wurden nur Beispiele von Stromrichtern beschrieben, die der Umwandlung zwischen Gleichströmen und Wechselströmen dienen. Es ist jedoch klar, daß die vorliegende Erfindung ebenso wirksam auf Stromrichter angewendet werden kann, die als Umrichter arbeiten, da auch bei diesen Anordnungen ein ähnlicher Spannungseinbruch während der Überlappungszeit auftritt.

Aus der obigen Beschreibung folgt, daß bei Anwendung der Erfindung der Spannungseinbruch ohne die Verwendung von Fil tern kompensiert werden kann, so daß keine Phasenabweichung hervorgerufen wird, selbst wenp die Frequenz der Wechselspannung sich in weiten Grenzen ändert. Damit kann eine exakte Synchronisierung erreicht werden. Da die Kompensationsdrosselspule nicht mit den großen Strömen des Hauptkreises belastet wird, kann sie für kleine Belastungen ausgelegt werden. Die Zunahme der Kommutierungsinduktivität, die durch die Kompensationadrosselspule im Hauptkreis verursacht wird, ist außerordentlich klein.

1 Patentanspruch
3 Figuren

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Claims

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Patentanspruch

Schaltungsanordnung zur Ableitung einer Synchronisierungsspannung für den Steuersatz eines fremdgefiihrten Stromrichters, wobei der Stromrichter eine Anzahl steuerbarer elektrischer Ventile umfaßt und wobei die Primärwicklung eines Hilfstransformators parallel zu den Wechselspannungsklemmen des Stromrichters liegt und die Synchronisierungsspannung der Sekundärwicklung des Hilfstränsformators entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausgangswicklung eines Stromwandlers (5), der zwischen eine Wechselspannungsquelle (2) oder eine elektrische Maschine (20) und die Wechselspannungskleramen des Stromrichters (1, 10) geschaltet ist, eine Kompensationsdrosselspule (6) parallel geschaltet ist, die in Reihe zur Primäroder Sekundärwicklung des Hilfstransformators (4) liegt.

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