DE2509177A1 - Schaltungsanordnung mit einer anzahl von umrichtern, insbesondere von direktumrichtern in sternschaltung - Google Patents
Schaltungsanordnung mit einer anzahl von umrichtern, insbesondere von direktumrichtern in sternschaltungInfo
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Description
Schaltungsanordnung mit einer Anzahl von Umrichtern, insbesondere von Direktumrichtern in Sternschaltung
Zusatz zur Patentanmeldung P 24 15 393.8
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einer ungeradzahligen Anzahl m von Umrichtern, insbesondere mit einer
Anzahl m aus einem Wechselspannungsnetz gespeisten Direktumrichtern, nach Patent 2 415 398 (Patentanmeldung P 24 15 398.8,
VPA 74/3042). Diese Schaltungsanordnung ist in symmetrischer m-phasiger Sternschaltung an eine m-phasige symmetrische Last
unter Ausschluß einer direkten Verbindung zwischen dem Sternpunkt der Umrichter und dem Sternpunkt dieser Last angeschlossen.
Die Leiterspannungen an der Last besitzen jeweils einen vorgegebenen periodischen zeitlichen Verlauf und bilden gemeinsam
ein symmetrisches System. Den Steuersätzen der m Umrichter ist eine Steuer- oder Regeleinrichtung vorgeschaltet, die m Ausgangsspannungen
von periodischem Verlauf liefert. Den Steuersätzen der m Umrichter sind derartige Steuerspannungen vorgegeben,
daß die Ausgangsspannungen der Umrichter einen zeitlichen periodischen Verlauf aufweisen, der neben dem Verlauf derjenigen
Spannungen, die den vorgegebenen Leiterspannungen an der Last entsprechen, auch mindestens eine Oberschwingung mit ungerader,
durch m teilbarer Ordnungszahl enthält.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in einer Verbesserung
des netzseitigen Verschiebungsfaktors bei einer Schaltung mit Direktumrichtern, insbesondere auch bei kleinem Aussteuerungsgrad
.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Bildung von m Steuerspannungen für die den m Umrichtern züge-
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ordneten Steuersätze eine eingangsseitig von den Ausgangsspannungen
der Steuer- und Regeleinrichtung beaufschlagte Umformerstufe
vorgesehen ist, die jede der Ausgangsspannungen der Steuer- oder Regeleinrichtung Jeweils im Bereich von 7C/3 bis 2^/3 einer
Halbwelle auf den 73/2-fachen Scheitelwert reduziert und die
beiden übrigen Ausgangsspannungen zugleich um den jeweiligen
Differenzbetrag verstärkt.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann bei Umrichteranlagen, insbesondere bei Umrichteranlagen mit Direktumrichtern
zur Speisung einer symmetrischen dreiphasigen Last, insbesondere einer Drehfeldmaschine, die installierte Leistung
reduziert werden. Dies bedeutet, daß sowohl die Transformatoren wie auch die Umrichter für eine kleinere Leistung ausgelegt
werden können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
mit drei Umrichtern,
Figur 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Figur 3 ein Schaltbild der in Figur 1 verwendeten Umformerstufe.
In Figur 1 ist eine Schaltungsanordnung mit drei Umrichtern 1, 2, 3 dargestellt, die über einen Transformator 4 an ein dreiphasiges
Wechselspannungsnetz 5 angeschlossen sind und eine Last 6 speisen, die vorzugsweise eine Drehfeldmaschine sein kann.
Als Drehfeldmaschine kann sowohl eine Synchron- als auch eine Asynchronmaschine verwendet werden. Die Wicklungen der Drehfeldmaschine
können sowohl im Dreieck als auch im Stern geschaltet sein. Als Umrichter 1, 2, 3 sind insbesondere Direktumrichter
vorgesehen. Jeder Umrichter 1, 2,3 besteht beispielsweise aus zwei gegenparallelen Teilstromrichtern mit steuerbaren Ventilen
in Drehstrombrückenschaltunge Als steuerbare Ventile können
insbesondere Thyristoren vorgesehen sein. Jedem der Umrichter
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1,2 ϊ> ist ein insbesondere linearer Steuersatz 7, 8, 9 zugeordnet.
Die Steuersätze 7,8,9 versorgen die steuerbaren Ventile der Umrichter in Abhängigkeit von periodischen Steuerspannungen
TJg1, Ug2, Ug, mit Zündimpulsen von vorgegebenem Steuerwinkel und
in festgelegter Reihenfolge. Die Steuersätze 7,8, 9 sind jeweils Bestandteile von nicht näher dargestellten Regelkreisen, die
beispielsweise im Hauptpatent oder im Patent 2 502 513 (Patentanmeldung P 25 02 513.2) beschrieben sind. Den Steuersätzen 7,
8, 9 ist eine Kommandostufe 22 zugeordnet, die mit den Stromistwerten
I1, Ip gespeist ist. Diese Stromistwerte können von Stromwandlern
35 und 36 geliefert sein. Die Kommandostufe 22 bildet
für jeden Steuersatz 7, 8, 9 ein Signal, welches angibt, für welchen der beiden Teilstromrichter die Steuerimpulse freigegeben
werden. Bei der Signalbildung für den dritten Leiterstrom I, kann
die Bedingung ausgenutzt werden, daß die Summe aller Leiterströme I1 + Ip + I, = Null ist. Bei Kenntnis der Stromistwerte I. u.Ip
ergibt sich hieraus das Vorzeichen des Leiterstromes I-, zwangsläufig
.
In Figur 1 ist weiterhin eine Steuer- oder Regeleinrichtung 34
vorgesehen, die drei sinusförmige Ausgangsspannungen U1', Up' , U-,'
von periodischem Zeitverlauf liefert. Die Steuer- oder Regeleinrichtung 34 kann insbesondere eine Regelschaltung sein, die
nach dem Prinzip der feldorientierten Regelung ("Siemens-Zeitschrift"
45, 1971, Seiten 757 bis 760) arbeitet und von den beiden Stromwandlern 35 und 36 mit den Istwerten der Leiterströme I1 bzw.
Ip gespeist wird. Unter der Voraussetzung von linearen Steuersätzen
7, 8, 9 sind die drei von der Steuer- oder Regeleinrichtung 34 abgegebenen Ausgangsspannungen im stationären Bettieb
sinusförmig und jeweils um 120 el gegeneinander versetzt. Bei Verwendung anderer im Stande der Technik üblicher Steuersätze ist
die Steuer- oder Regeleinrichtung 34 so ausgebildet, daß ihre Ausgangsspannungen durch die Funktion care sin (k.sinwt) beschrieben
werden können, wobei t die Zeit, cj die Kreisfrequenz und
c und k Konstanten bedeuten.
Die Ausgangsεpannungen U1 1, U2', U^' der Steuer- oder Regeleinrichtung
34 sind einer Umformerstufe 71 eingegeben, die hieraus
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* * *
die Steuerspannungen Uq1) Ugp, U~~ bildet.
die Steuerspannungen Uq1) Ugp, U~~ bildet.
Wie Figur 2 erkennen läßt, haben die Ausgangsspannungen U', Up1,
U,' der Steuer- oder Regeleinrichtung 34 einen sinusförmigen
Verlauf. Der Verlauf der Steuerspannungen Ug ', Ug', Ug,1 läßt
dagegen erkennen, daß die Steuerspannungen jeweils im Bereich von ftT/3 bis 2 7r/3 einer Halbwelle auf den-0y2-fachen Scheitelwert reduziert und die beiden übrigen Ausgangsspannungen zugleich
in ihren Randbereichen um den jeweiligen Differenzbetrag verstärkt
sind. Die Spannungen Ug1', Ug ', Ug,' weisen somit einen
trapezähnlichen Verlauf auf. Mit Hilfe von nachgeschalteten Proportionalverstärkern
können die Spannungen Ug1', Ugp', Ug,' in der
Amplitude auf jede gewünschte Größe eingestellt und als Steuerspannungen Uc *, Ugp*, Ug,* den Steuersätzen 7, 8, 9 eingegeben
werden. Besonders vorteilhaft ist eine Verstärkung um den Faktor 2//Γ, womit dann die Steuerspannungen U3*, Ugp*, Ug * dieselbe
Amplitude aufweisen wie die am Eingang der Umformerstufe 71 ankommenden
Ausgangsspannungen U.', Up1, U-,' der Steuer- oder Regeleinrichtung
34.
Figur 3 zeigt schematisch die prinzipielle Innenschaltung der Umformerstufe 7'i . Pur jede der drei Phasen ist jeweils ein Kanal
mit einem Summierverstärker 84 bzw. 86 bzw. 88, einer Begrenzerstufe 85 bzw. 87 bzw. 89 und einem Differenzverstärker 9O bzw.
bzw. 92 vorgesehen. Den Summierverstärkern 84, 86, 88 sind als Eingangssignale jeweils die ihnen zugeordnete Ausgangsspannung
U1', Up', U,' der Steuer- oder Regeleinrichtung 34 und die Ausgangssignale
der Differenzverstärker der übrigen Kanäle zugeführt. Die Ausgangsspannungen der Summierverstärker 84,
86, 88 werden in den Begrenzerstufen 85, 87, 89 auf positive und negative Begrenzungswerte B , B~ begrenzt, wobei die Ausgangsspannungen
Ug1', Ugp', Ug' der Begrenzerstufen den Steuerspannungen
IL. *, Uo0*, Uo* für die Steuersätze 7, 8, 9 proportional
sind. Den Differenzverstärkern 90, 91, 92 sind als Eingangssignale jeweils die Ausgangsspannung und die Eingangsspannung der
Begrenzerstufe des betreffenden Kanals zugeführt. In der schaltungsteohi:-.ischeu
Realisierung kann man einen zusätzlichen Summier-
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verstärker vorsehen, dem eingangsseitig jeweils die Ausgangsspannung
der Steuer- oder Regeleinrichtung für den betreffenden Kanal und die Ausgangssignale der Differenzverstärker der übrigen
Kanäle zugeführt sind. Die Verbindung vom Eingang der Begrenzerstufe 85 zum Differenzverstärker 90 kann dann entfallen. In den
Proportionalverstärkern 76, 77, 78 werden die Ausgangsspannungen
Ug ', Ug2 1, Ug,1 der Begrenzerstufen 85, 87, 89 um einen Proportionalitätsfaktor
verstärkt, vorzugsweise um den Faktor 2/V3*. Die verstärkten Spannungen stellen die Steuerspannungen Ug1*, Ug2*,
UQ * dar.
Die Wirkungsweise dieser Schaltung wird anhand des ersten Kanals mit dem Summierverstärker 84, der Begrenzerstufe 85, dem Differenzverstärker
90 und dem Proportionalverstärker 76 erläutert. Im Summierverstärker 84 wird die sinusförmige Ausgangsspannung U1'
der Steuer- oder Regeleinrichtung 34 zu den Ausgangssignalen der Differenzverstärker der beiden anderen Kanäle addiert. Das Ausgangssignal
des Summierverstärkers 84 wird in der Begrenzerstufe 85 auf die Begrenzungswerte B+ und B~ begrenzt. Der Differenzverstärker
90 bildet die Differenz zwischen dem Ausgangssignal und dem Eingangssignal der Begrenzerstufe 85. Ein solches Differenzsignal
entsteht nur dann, wenn die Ausgangsspannung der Begrenzerstufe in die Begrenzung gegangen ist. Wie aus dem Diagramm
nach Figur 2 hervorgeht, wird beispielsweise der Differenzverstärker 90 nur im Bereich zwischen 7Γ/3 bis 2fi/3 ein Differenzsignal
liefern. Dieses Differenzsignal wird in den Summierverstärkern
86 und 88 in den beiden anderen Kanälen zur jeweiligen sinusförmigen Ausgangsspannung U2', U ' der Steuer- oder Regeleinrichtung
34 hinzugefügt, so daß diese beiden Ausgangsspannungen in ihren Randbereichen von 0 bis 7r/3 u11^ von 2?r/3 bis TC einer
Halbwelle um das jeweilige Differenzsignal verstärkt werden. Die Ausgangsspannungen Ug1', Ug2 1, Ug,1 werden in Proportionalverstärkern
76, 77, 78 zu den S teuer spannung en Ug1*, Ug2*, Ug.^* vorzugsweise
um einen Faktor 2/-/31 verstärkt.
Die Begrenzungswerte B+, B~ für die Begrenzerstufen 85, 87, 89
werden in einer Rechenschaltung gebildet. Diese Rechenschaltung enthält eine erste Addierstufe 79, der eingangsseitig die Aus«
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gangsspannung U3 1 der Steuer- oder Hegeleinrichtung 34 und eine
von einem ersten Spannungsteiler 80 halbierte zweite Ausgangsspannung U1', der Steuer- oder Regeleinrichtung 34 zugeführt ist.
Ein Proportionalverstärker 81 multipliziert die Ausgangsspannung
der ersten Addierstufe 79 mit dem Faktor 2/ 1TS. Die Ausgangsspannung
des zweiten Spannungsteilers 81 wird in einer Quadrier -
72
stufe quadriert. Eine zweite Quadrierstufe 73 erhält eingangsseitig die Ausgangsspannung U1' der Steuer- oder Regeleinrichtung 34 zugeführt. Eine zweite Addierstufe 74 bildet die Summe aus den Ausgangsspannungen der beiden Quadrierstufen 72 und 73. Diese Summenspannung wird einer Radizierstufe 75 zugeführt, deren Ausgangsspannung in einem dritten Spannungsteiler 82 mit dem Faktor νΤ/2 multipliziert wird. Die Ausgangsspannung des zweiten Spannungsteilers 82 stellt den positiven Begrenzungswert B+ dar. Dieser positive Begrenzungswert B wird einem Umkehrverstärker 83 zugeführt, dessen Ausgangssignal den negativen Begrenzungswert B~ darstellt.
stufe quadriert. Eine zweite Quadrierstufe 73 erhält eingangsseitig die Ausgangsspannung U1' der Steuer- oder Regeleinrichtung 34 zugeführt. Eine zweite Addierstufe 74 bildet die Summe aus den Ausgangsspannungen der beiden Quadrierstufen 72 und 73. Diese Summenspannung wird einer Radizierstufe 75 zugeführt, deren Ausgangsspannung in einem dritten Spannungsteiler 82 mit dem Faktor νΤ/2 multipliziert wird. Die Ausgangsspannung des zweiten Spannungsteilers 82 stellt den positiven Begrenzungswert B+ dar. Dieser positive Begrenzungswert B wird einem Umkehrverstärker 83 zugeführt, dessen Ausgangssignal den negativen Begrenzungswert B~ darstellt.
Der besondere Vorzug der beschriebenen Rechenschaltung besteht darin, daß die Begrenzungswerte B und B~ für die Begrenzerstufen
85, 87, 89 verzögerungsfrei auf den Y3/2-fachen positiven bzw. negativen Scheitelwert der Amplitude der jeweils anstehenden
Ausgangsspannungen U1', U2', U^' der Steuer- oder Regeleinrichtung
34 eingestellt werden. Die drei von der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 34 gelieferten Ausgangsspannungen U1', U2 1, U^' stellen
ein symmetrisches Drehspannungssystem dar und können somit als die drei um 120° versetzten Koordinaten eines umlaufenden Spannungsvektors Ü betrachtet werden, dessen Betrag der Amplitude der drei
Ausgangsspannungen U1', U2', U5' entspricht. Der Betrag des Spannungsvektors
Ü errechnet sich aus den Augenblickswerten von zwei Ausgangsspannungen, beispielsweise U1' und U2' der Steuer- und
Regeleinrichtung 34 nach Gleichung (1) und entspricht in jedem Zeitpunkt den zu erwartenden Amplituden für die drei Ausgangsspannungen
der Steuer- und Regeleinrichtung:
^ CD
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Die Gleichung (1) wird in der Rechenschaltung mit den G-liedern
72 bis 75 und 79 bis 83 nachgebildet.
3 Patentansprüche
3 Figuren
3 Figuren
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Claims (3)
1.!Schaltungsanordnung mit einer ungeradzahligen Anzahl m von
Umrichtern, insbesondere mit einer Anzahl m aus einem Wechselspannungsnetz gespeisten Direktumrichtern, die in symmetrischer
m-phasiger Sternschaltung an eine m-phasige symmetrische Last unter Ausschluß einer direkten Verbindung zwischen dem
Sternpunkt der Umrichter und dem Sternpunkt dieser Last angeschlossen sind, wobei die Leiterspannungen an der Last jeweils
einen vorgegebenen periodischen zeitlichen Verlauf besitzen und gemeinsam ein symmetrisches System bilden, und wobei den
Steuersätzen der m Umrichter eine Steuer- oder Regeleinrichtung vorgeschaltet ist, die m Ausgangsspannungen von periodischem
Verlauf liefert, und wobei den Steuersätzen der m Umrichter derartige Steuerspannungen vorgegeben sind, daß die Ausgangsspannungen
der Umrichter einen zeitlich periodischen Verlauf aufweisen, der neben dem Verlauf einer derjenigen Sternspannungen,
die den vorgegebenen Leiterspannungen an der Last entsprechen, auch mindestens eine Oberschwingung mit ungerader,
durch m teilbarer Ordnungszahl enthält, nach Patent 2 4-15 398 (Patentanmeldung P 24 15 398.8, VPA 74/3042), dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bildung von m Steuerspannungen (Ug1*» ^Rp*'
Ug-z*) für die den m Umrichtern (Ί , 2, 3) zugeordneten Steuersätze
(7, 8, 9) eine eingangsseitig von den Ausgangsspannungen (U ', Up1, U^1) der Steuer- oder Regeleinrichtung (34) beaufschlagte
Umformerstufe (71) vorgesehen ist, die jede der Ausgangs
spannungen der Steuer- oder Regeleinrichtung (34) jeweils im Bereich von 7Γ/3 bis 27Γ/3 einer Halbwelle auf den Υ3"/2-fachen
Scheitelwert reduziert und die beiden übrigen Ausgangsspannungen zugleich in den Randbereichen mit dem jeweiligen
Differenzbetrag verstärkt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Umformerstufe (71) mit folgenden Merkmalens
a) Für jede der m Phasen ist jeweils ein Kanal mit einem Summierverstärker (84 bzw. 86 bzw. 88), einer Begrenzerstufe
(85 losw, 37 bzw. 89) und einem Differenzverstärker
(90 ΐϊϊ7?Γ 91 "bz'ff, 92) vorgesehen,
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b) den Summierverstarkern (z.B. 84) sind als Eingangssignale
jeweils die zugeordnete Ausgangsspannung (U1') der Steueroder
Hegeleinrichtung (34) und die Ausgangssignale der Differenzverstärker (91,92) der übrigen Kanäle zugeführt,
c) die Ausgangsspannungen der Summierverstärker (84, 86, 88)
werden in den Begrenzerstufen (85, 87, 89) auf positive und negative Begrenzungswerte (B , B~) begrenzt, wobei die Ausgangs
spannung en der Begrenzerstufen (85, 87, 89) den Steuerspannungen
(usi*» us2*' US3*^ iür die 2ΐβυθΓ8&ΐΖΘ (7>
8> 9) der m Umrichter (1, 2, 3) proportional sind,
d) den Differenzverstärkern (z.B. 90) sind als Eingangssignale
jeweils die Ausgangsspannung und die Eingangsspannung der
Begrenzerstufe (85) des betreffenden Kanals zugeführt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswerte (B , B~) von einer Rechenschaltung
mit folgenden Merkmalen gebildet sind:
a) Eine erste Addierstufe (79), der eingangsseitig eine Ausgangsspannung
(z.B. Up') und eine von einem ersten Spannungsteiler
(80) halbierte zweite Ausgangsspannung (z.B.
U1') der Steuer- oder Regeleinrichtung (34) zugeführt ist,
b) ein Proportionalverstärker (81) zur Bildung der 2/y3-fachen
Ausgangsspannung der ersten Addierstufe (79),
c) eine erste Quadrierstufe (72) zur Bildung des Quadrats der Ausgangsspannung des Proportionalverstärkers (81),
d) eine zweite Quadrierstufe (73) zur Bildung des Quadrats
der ersten Ausgangsspannung (U-') der Steuer- oder Regeleinrichtung
(34),
e) eine zweite Addierstufe (74), der eingangsseitig die
Ausgangs Spannungen der beiden Qtaadri sr stufen (72, 73)
zugeführt sind.
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) eine Hadizierstufe (75) zur Bildung der Quadratwurzel aus
der Ausgangsspannung der zweiten Addierstufe (74)»
g) ein zweiter Spannungsteiler (82) zur Bildung der ~]/^/2-fachen
Ausgangsspannung der Radizierstufe (75) als positiven Begrenzungswert
(B ),
h) ein vom positiven Begrenzungswert (B+) beaufschlagter
Umkehrverstärker (83) zur Bildung des negativen Begrenzungswertes (B"") .
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Leerseite
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DE2345035C2 (de) * | 1973-09-06 | 1975-10-23 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Verfahren und Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl einer umrichtergespeisten dreiphasigen Drehfeldmaschine |
DE2415398C3 (de) * | 1974-03-29 | 1978-10-12 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Schaltungsanordnung mit einer Anzahl von Umrichtern, insbesondere von Direktumrichtern in Sternschaltung |
-
1975
- 1975-03-03 DE DE2509177A patent/DE2509177C3/de not_active Expired
-
1976
- 1976-03-02 CA CA246,928A patent/CA1050106A/en not_active Expired
- 1976-03-02 US US05/663,131 patent/US4074348A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2509177C3 (de) | 1978-12-14 |
DE2509177B2 (de) | 1978-04-27 |
CA1050106A (en) | 1979-03-06 |
US4074348A (en) | 1978-02-14 |
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