DE2643048C2 - Symmetrierungseinrichtung für ein von einem unsymmetrischen Verbraucher belastetes Drehstromnetz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Symmetrierungseinrichtung für ein von einem unsymmetrischen Verbraucher belastetes Drehstromnetz mit in vertauschter Phasenfolge an das Drehstromnetz angeschlossenem selbstgeführtem, aus einer Gleichstromquelle gespeisten Stromrichter, dessen Hauptventile in Drehstrom-Brückenschaltung angeordnet zwangsweise löschbar und so gesteuert sind, daß ein Ausgangsstrom mit netzfrequenter Grundschwingung erzeugt wird, die in ihrer Phasenlage zur Netzwechselspannung abhängig von der Phasenlaget-zw. deren Amplitude abhängig von der Amplitude des zur Symmetrierung erforderlichen Strom-Gegensystems geführt ist Eine solche Symmetrierungseinrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift22 47 819bekannt

Um Rückwirkungen auf das Drehstromnetz durch einen unsymmetrischen Verbraucher, z. B. einen Lichtbogen-Schmelzofen, zu vermeiden oder gering zu halten, muß die Blindleistung des Verbrauchers kompensiert und die unsymmetrische Verteilung der Wirklast auf die einzelnen Netzphasen symmetrie« werden. Da sich Blindleistung und Unsymmetrie des Verbrauchers fast sprungartig ändern können, müssen zur Kompensation und zur Symmetrierung Einrichtungen verwendet werden, die Stellzeiten im Bereich von Millisekunden besitzen, die also Blindleistungs- und Unsymmetrieänderungen sehr schnell ausregeln können.

Das von einem unsymmetrischen dreiphasigen Verbraucher in einem Drehstromnetz hervorgerufene Stromsystem läßt sich bekanntlich in ein symmetrisches mitläufiges und in ein symmetrisches gegenläufiges Stromsystem zerlegen. Wird ein entsprechendes Strom-Mitsysüem in das Drehstromnetz eingespeist, so läßt sich die durch den Verbraucher bedingte Blindleistung kompensieren; durch Einspeisung eines entsprechenden Strom-Gegensystems läßt sich dagegen die Unsymmetrieleistung kompensieren. Auf dieser Tatsache beruht die aus der DE-OS 22 47 819 bekannte Einrichtung zur Symmetrierung und Blindleistungskompensation eines Verbrauchers.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich allein mit einer Symmetrierungseinrichtung für ein Drehstromnetz. Bei der aus der deutschen Offenlegungsschrift 22 47 819 bekannten Einrichtung zur Symmetrierung eines unsymmetrischen Verbrauchers ist ein selbstgeführter Stromrichter über einen Transformator mit vertauschter Phasenfolge an ein Drehstromnetz angeschlossen. Der Stromrichter wird über eine Glättungsdrossel von einem netzgeführten Stromrichter mit eingeprägtem Gleichstrom gespeist. Netzgeführter und

selbstgeführter Stromrichter werden mit Netzfrequenz getaktet. Daher kann für den netzgeführten und für den selbstgeführten Stromrichter eine gemeinsame Meßeinrichtung für das erforderliche Strom-Gegensystem vorgesehen sein. Mit dieser Meßeinrichtung läßt sich über die Steuerung des netzgeführten Stromrichters die Höhe (der Betrag) und über die Steuerung des selbstgeführten Stromrichters die Phasenlage des symmetrierenden Strom-Gegensystems beeinflussen.

Soll bei dieser bekannten Einrichtung der Betrag des Strom-Gegensystems verändert werden, so muß über die Steuerimpulse des netzgeführten Stromrichters dessen Ausgangsstrom verändert werden. Die Glättungsdrossel im Zwischenkreis zwischen den beiden Stromrichtern setzt jedoch wegen ihrer beträchtlichen Induktivität einer schnellen Stromänderung einen ansehnlichen Widerstand entgegen, so daß eine Änderung des Ausgangsstroms bei vorgegebener Bauleistung des netzgeführten Stromrichters nur relativ langsam erzielt werden kann. Soll dagegen die bekannte Einrichtung auch für die Bewältigung schneller Änderungen der Unsymmetrieieistung geeignet sein, so muß der netzgeführte Stromrichter für große Spannungen und gleichzeitig auch für große Ströme bemessen sein, d. h, die hierfür aufgewendete Bauleistung ist sehr groß. Die vom netzgeführten Stromrichter aufgenommene Blindleistung ist in diesem Fall beträchtlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannte Symmetrierungseinrichtung so auszugestalten, daß mit vertretbarem Aufwand große Stellgeschwindigkeiten beim Ausgleich von Unsymmetrieänderungen erzielt werden können, ohne daß die Symmetrierungseinrichtung zu große Blindströme aufnimmt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der von der Gleichstromquelle eingespeiste Gleichstrom als konstanter Gleichstrom gehalten und nach der maximal zu symmetrierenden Unsymmetrieieistung bemessen ist und daß die gleichstromseitigen Anschlußklemmen des selbstgeführten Stromrichters durch einen parallel zu den Ventilen des selbstgeführten Stromrichters liegenden Gleichstromsteller miteinander verbunden sind, der mit einer Taktfrequenz gesteuert ist, die ein ganzzahliges Vielfaches der Netzfrequenz der Netzwechselspannung ist.

Bei dieser Symmetrierungseinrichtung ist der Gleichstromsteller in seinem Takt mit der Taktung des selbstgeführten Stromrichters verknüpft. Durch Veränderung der Einschaltdauer des Gleichstromstellers zusammen mit der des selbstgeführten Stromrichters läßt sich die Amplitude der Grundschwingung des Ausgangsstroms des selbstgeführten Stromrichters und damit die in das Wechseispannungsnetz eingespeiste, zur Symmetrierung verwendete Unsymmetrieieistung beeinflussen. Außerdem wird durch die zeitliche Lage des Zündprogramms für das Zünden und Löschen der steuerbaren Ventile des Gleichstromstellers und des selbstgeführten Stromrichters die Phasenlage des Ausgangsstroms hinsichtlich der Netzwcchselspannung verändert. Die Phasenlage kann — sofern die Kommutierungsschaltung des selbstgeführten Stromrichters entsprechend ausgelegt ist — praktisch jeden beliebigen Winkel im Bereich von 0° bis 360°el. annehmen.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß über Pulsbreitensteueruvig in einem vorgegebenen Pulsprogramm des Gleichstromstellers und des selbstgeführten Stromrichters die Amplitude und durch zeitliches Verschieben dieses Pulsprogramms gegenüber den Nulldurchgängen der Netzwechselspannung die Phasenlage des eingespeisten symmetrierenden Strom-Gegensystems eingestellt wird.

Die Steuerung sollte insbesondere so vorgenommen werden, daß der Gleichstromsteller beidseitig symmetrisch zu äquidistanten Zeitpunkten eingeschaltet und der selbstgeführte Stromrichter im Gegentakt hierzu stromleitend gesteuert ist, wobei die Einschaltdauer des Gleichstromstellers und der einzelnen Ventile des selbstgeführten Stromrichters in Abhängigkeit von der Höhe der zu symmetrierenden Unsymmetrieieistung geführt ist und wobei die äquidistanten Zeitpunkte bezüglich der Nulldurchgänge der Netzwechseispannung in Abhängigkeit von der Phasenlage des zur Symmetrierung benötigten Strom-Gegensystems einstellbar ist.

Hierbei können bei dreiphasiger Ausbildung bevorzugt pro Periodendauer der Netzwechselspannung sechs Einsrhaltzeiten vorgesehen sein. Zur Reduktion von Oberschwingungen im Ausganr -.-,trom des selbstgeführten Stromrichters könnte die Anzahl der Einschaltzeiten prinzipiell auch ein Mehrfaches der Anzahl der Brückenzweige des selbstgeführten Stromrichters sein, doch steigen mit wachsender Anzahl die Schaltverluste des Gleichstromstellers und des selbstgeführten Stromrichters.

Gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung ist als Gleichstromquelle ein netzgeführter Stromrichter vorgesehen, der wechselstromseitig an das Drehstromnetz und gleichstromseitig über eine Glättungsdrossel an die gleichstromseitigen Anschlußklemmen des selbstgeführten Stromrichters angeschlossen und der auf den konstanten Gleichstrom geregelt ist. Der netzgeführte Stromrichter kann hierbei insbesondere steuerbare Ventile in Drehstrom-Brückenschaltung umfassen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, die vorteilhafterweise mit einem besonders geringen Aufwand an Bauelementen auskommt und überhaupt keine Blindleistung aufnimmt, ist dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichstromquelle eine Drosselspule vorgesehen ist, die über den selbstgeführten Stromrichter aus dem Drehstromnetz gespeist ist, und daß die Phasenlage der Ausgangsströme des selbitgeführten Stromrichters bezüglich der Netzwechselspannung gering abweichend von dem Wert, der durch aas zur Symmetrierung erforderliche Strom-Gegensystem vorgegeben ist, so gesteuert ist, daß sich in der Drosselspule der konstante Gleichstrom einstellt. Diese Ausführungsform beruht auf der Erkenntnis, daß es letztlich gleichgültig ist, auf welche Weise am Eingang des selbstgeführten Stromrichters der konstante Gleichstrom erzeugt wird. Bei dieser Ausgestaltung wird also der sWbstgeführte Stromrichter gleichfalls auch zur Erzeugung des Gleichstroms herangezogen. Hierbei ist ein geringer, dem chtnschen Widerstand der Drosselspule entsprechender Wirkleistungsverbrauch des selbstgeführten Stromrichters zu verzeichnen.
Zwischen dem selbstgeführten Stromrichter und dem

bo Drehstromnetz kjnn zur Spannungsanpassung ein Transformator angeordnet sein. Zur Unterdrückung bestimmter Oberschwingungen lassen sich dabei höherpulsige Transformator- und Stromrichtcrschaltungen verwenden.

hi Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung muß — im Gegensatz zur Einrichtung nach der DE-OS 22 47 819 — nicht der eingeprägte Gleichstrom selbst in Abhängigkeit von der erforderlichen Unsymmetrielei-

stung gesteuert werden. Mit Hilfe des Gleichstromstellers wird vielmehr, angepaßt an den Bedarf, pro Periode der Netzwechselspannung jeweils nur ein mehr oder weniger großer Bruchteil des eingeprägten, konstanten Gleichstroms gleichsam »ausgeblendet« und für die Kompensation der vom Verbraucher erzeugten Unsymmetrieleistung herangezogen. Dabei muß der eventuell vorhandene netzgeführte Stromrichter lediglich zur Erzeugung des eingeprägten, konstanten Gleichstroms, nicht jedoch für schnelle Änderungen bemessen sein. Außerdem muß der netzgeführte Stromrichter zwar für hohe Ströme, jedoch nur für kleine Spannungen ausgelegt sein. Bei der Verwendung einer Drosselspule als Gleichstromquelle entfällt der gesamte Aufwand hinsichtlich des netzgeführten Stromrichters. Weiterhin ist gegenüber der bekannten Einrichtung der Blindleistungsbedarf wesentlich reduziert. Bei Verwendung einer Drosselspule als Gleichstromquelle ist der Blindleistungsbedarf sogar Null. Dies wird als besonders

Vüriciiiiäit angesehen.

Unter dem Begriff »Drehstromnetz« wird allgemein

ein n-phasiges Netz verstanden, wobei η = 2,3 also

eine ganze Zahl größer als 2 ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von 14 Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform einer Symmetrierungseinrichtung für ein von einem unsymmetrischen Verbraucher belastetes Drehstromnetz, bei der als Gleichstromquelle ein netzgeführter Stromrichter vorgesehen ist,

F i g. 2 eine zweite Ausführungsform der Symmetrierungseinrichtung, bei der als Gleichstromquelle eine Drosselspule vorgesehen ist,

F i g. 3 den von der Gleichstromquelle abgegebenen konstanten Gleichstrom in Abhängigkeit von der Zeit,

F i g. 4 den unter Wirkung des Gleichstromstellers in den selbstgeführten Stromrichter fließenden pulsierenden Eingangsgleichstrom in Abhängigkeit von der Zeit,

F i g. 5 den durch den Gleichstromsteller fließenden pulsierenden Gleichstrom in Abhängigkeit von der Zeit,

Fig.6 bis 11 Zeitdiagramme, die die Zündverteilung und Stromführungsdauer der einzelnen Ventile des selbstgeführten Stromrichters veranschaulichen, und

Fig. 12 bis 14 den zeitlichen Verlauf der drei Ausgangsströme des selbstgeführten Stromrichters.

Nach Fig. 1 speist ein Drehstrom-Generator 2 über ein Drehstromnetz 3 mit den Phasenleitern R, S, Teinen unsymmetrischen Verbraucher 4 mit einer Netzwechselspann-ing der Netzfrequenz f„ = 1/7"„. Als Verbraucher 4 isi hier speziell eine induktive dreiphasige Last vorgesehen. Das k.?nn aber auch beispielsweise ein Lichtbogen-Schmelzofen sein, der nur zwischen zwei der Phasenleiter R, S, Tangeschlossen ist

Die vom Verbraucher 4 aufgenommene Unsymmetrieleistung wird durch eine Symmetrierungseinrichtung geliefert Diese Einrichtung ist zwischen dem Drehstrom-Generator 2 und dem Verbraucher 4 angeordnet Sie ist so aufgebaut, daß sie die auftretende Unsymmetrieleistung im Drehstromnetz 3 möglichst weitgehend kompensiert, bei Unsymmetrieänderungen sehr schnell anspricht und diese ausregelt Sie speist dazu ein Strom-Gegensystem in das Drehstromnetz 3 ein.

Die Einrichtung zur Symmetrierung umfaßt einen selbstgeführten Stromrichter 5 mit der Anzahl ρ = 6 steuerbarer Ventile A bis Fin Drehstrom-Brückenschaltung. Die Ventile A, Bund C, Dund E, Fsind jeweils in gegenüberliegenden Brückenzweigen angeordnet Sämtliche Ventile A bis F sind jeweils einzeln einschaltbar und zwang! weise löschbar, jedes dieser Ventile A bis F kann dabei aus einem Hauptthyristor bestehen, dem die Reihenschaltung eines Löschkondensators und eines Löschthyristors parallel geschaltet ist (vergleiche DE-OS 22 47 819, Fig. 2). Auch andere Kommutierungsschaltungen sind einsetzbar.

Die wechselstromseitigen Ausgangsklemmen u, v, w des Stromrichters 5 sind an die Anschlußklemmen r, s, t eines zur Spannungsanpassung vorgesehenen Transformators 6 in Stern-Stern-Schaltung angeschlossen. Der Anschluß ist so vorgenommen, daß die Phasenfolge vertauscht ist. Dazu ist hier speziell die Ausgangsklemme u mit der Anschlußklemme 5 und die Ausgangsklemme ν mit der Anschlußklemme r verbunden. Weiterhin sind die beiden Klemmen w und ι miteinander verbunden. Durch diese Vertauschung der Phasenfolge ist der Stromrichter 5 in der Lage, je nach Amplitude der Grundschwingungen der Ausgangsströme /ι, h, i\ und der zeitlicher, Ln**e seiner Steucrim"—'^c<* <*»π ΚοίίρΚίσ einstellbares symmetrisches Gegen-Stromsystem mit einem zur Phasenfolge des Drehstromnetzes 3 umgekehrten Drehsinn zu liefern, also ein in der Phasenlage zwischen 0° und 360° el. einstellbares Strom-Gegensystern abzugeben, wie es zur Symmetrierung des Verbrauchers 4 gefordert wird.

Zur Unterdrückung von bestimmten Oberschwingungen kann der Transformator 6 abweichend von der Darstellung Auch in mehrpulsiger Schaltung ausgeführt

jo sein.

An die beiden gleichstromseitigen Anschlußklemmen 7 und 8 des Selbstgefühlen Strom-ichters 5 ist eine Gleichstromquelle 10 angeschlossen. Diese liefert einen eingeprägten, der maximal zu kompensierenden Un-Symmetrieleistung entsprechenden Gleichstrom Id, der in einem Regelkreis konstant gehalten wird. Als Gleichstromquelle 10 ist nach Fig. 1 ein netzgeführter Stromrichter 11 mit steuerbaren Ventilen in Drehstrom-Brückenschaltung vorgesehen, der wechselstromseitig über einen Eingangstransformator 12 in Stern-Stern-Schaltung an das Drehstromnetz 3 und gleichstromseitig über eine Glättungsdrossel 13 an die Anschlußklemmen 7, 8 angeschlossen ist. Die Zündimpulse für die steuerbaren Ventile des netzgeführten Stromrichters 11 werden von einem Steuergerät 15 geliefert das aus dem Drehstromnetz 3 gespeist und mit diesem synchronisiert ist. Zur Messung des Stroms ist eine Meßeinrichtung als Strommeßglied 14 vorgesehen, die Bestandteil des (nicht näher gezeigten) Stromregelkreises ist

so Die beiden gleichstromseitigen Anschlußklemmen 7 und 8 des seibstgeführten Stromrichters 5 sind durch einen Gleichstromsteller 18 miteinander verbund.η Der Gleichstromsteller 18, der im Prinzip ein beliebig zünd- und löschbares Ventil ist, ist dabei so gerichtet daß er den konstanten Gleichstrom /</ am Stromrichter 5 vorbeiführen kann.

Der selbstgeführte Stromrichter 5 wird von einei Steuereinrichtung 20 gesteuert Dieser Steuereinrichtung 20, die eine Meßeinrichtung für das erforderliche

wi Strom-Gegensystem besitzt, sind als Meßgrößen die Netzwechselspannung und der Netzwechselstrom zugeführt Aus beiden Meßgrößen kann die Steuereinrichtung 20 die benötigte Amplitude und Phasenlage für die Ausgangsströme h, h, h emiitteln. Die Steuereinrichtung

bS 20 ist gleichzeitig auch für die Steuerung de· Gleichströmstellers 18 vorgesehen.

Ober die Steuerung der Pu'sbreiten in vorgegebenen miteinander in Wechselbeziehung gestellten Pulspro

gramnien für den selbstgeführten Stromrichter 5 und den Gleichstromsteller 18 läßt sich die Höhe und über die Verschiebung dieser Pulsprogramme gegenüber den Niilklurchgiingcn oer Netzwcehselspannung läßt sich die Phasenlage des in das Drehspannungsnetz 3 eingespeisten Stroni-Gegensystems einstellen. Das wird später anhand der Fi g. 3 bis 14 verdeutlicht.

Die ; '!richtung zur Symmetrierung nach F i g. 2 zeigt weitgehend denselben Aufbau wie diejenige nach Fig. I. Fis ist jedoch eine andere Gleichstromquelle 10 vorgesehen, die wesentlich einfacher aufgebaut ist. Als Gleichstromquelle 10 wird hier — in Verbindung mit dem selbstgefiihrtcn Stromrichter 5 — eine Drosselspule 23 herangezogen. Diese Drosselspule 23 verbindet, parallel zum Gleichstromsteller 18. die beiden Anschlußklemmen 7, 8 des Stromrichters 5. Damit sich in der Drosselspule 23 ein konstanter, eingeprägter Gleichstrom /,/ einstellt, wird die Phasenlage der

und den Gleichstromsteller 18 entsprechend beeinflußt. Dabei wird die Phasenlage der Ausgangsströnie /Ί, i₂, i> des selbstgefiihrtcn Stromrichters 5 bezüglich der Netzwcehselspannung gegenüber dem Wert, der durch das zur Symmetrierung erforderliche, der Steuereinrichtung 22 gemessene Strom-Gegensystem eigentlich vorgegeben ist. verstellt. Die Verstellung ist nur geringfügig und beträgt nur wenig Grad el. Die Verstellung wird vorgenommen durch einen Stromregelkreis, dessen Istwert durch das Strommeßglied 14 erfaßt wird.

Der nctzgeführte Stromrichter 11 wird mit Hilfe des Stromregelkreises vom Steuergerät 15 so gesteuert, daß die Gleichstromquelle 10 den einzuprägenden, der maximal bereitzustellenden ünsymmetrieleistung entsprechenden konstanten Gleichstrom Ij erzeugt. Der zeitliche Verlauf des konstanten Gleichstroms /,/ist über eine Periodendauer T_n der Netzwechselspannung in F i g. 3 dargestellt. Der Stromrichter 11 muß hierzu zwar für den vollen Strom, braucht aber nur für eine kleine Leistung ausgelegt zu sein.

Im folgenden wird anhand der Fig. 3 bis 14 die Steuerung der Einrichtung zur Symmetrierung nach Fi g. 1 näher erläutert:

a) Es sei zunächst angenommen, daß der Gleichstromsteller 18 dauernd gesperrt ist. Dann besitzt der Eingangsgleichstrom Ir des Stromrichters 5 hinter dem Gleichstromsteller 18 denselben Zeitverlauf wie der konstante Gleichstrom Ij der Gleichstromquelle 10 vor dem Gleichstromsteller 18. Es gilt: Ir = Ij. In Fig.4 gilt hierfür der gestrichelt eingezeichnete, völlig waagerechte Zeitverlauf. Bei F i g. 5 wäre der Strom l_e im Gleichstromsteller 18 stets Null.

Die einzelnen zünd- und löschbaren Ventile A bis F des selbstgeführten Stromrichters 5 werden von der Steuereinrichtung 20 bzw. 22 nach einem bestimmten Pulsprogramm gesteuert. Dadurch wird der Eingangsgleichstrom //zyklisch auf alle drei Phasenausgänge des selbstgeführten Stromrichters 5 verteilt. In jeder Periodendauer T_n erhält jedes Ventil A bis F einen Zündimpuls. Der selbstgeführte Stromrichter 5 wird also mit Netzfrequenz f„ gesteuert. Jedes Ventil A bis F ist dabei während einer Einschaltdauer T„/3 eingeschaltet. Nach Ablauf der Einschaltdauer 7V3 wird es zwangsgelöscht.

Aus den F i g. 6 bis 11 (gestrichelter Verlauf) ist die zeitliche Verteilung der stromleitenden Zustände der einzelnen Ventile A bis F ersichtlich. Danach ist die Zündfolge durch die aufeinanderfolgende Zündung der Ventile A —F-C-B-E-D gegeben. Der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündungen beträgt jeweils T_nIb. Ventile benachbarter Brükkenzweige. beispielsweise die Ventile A und Π, werden im /etlichen Abstand 7"„/2 gezündet.

Die dargestellte Stromverteilung der Ventile A bis F hat zur Folge, daß sich drei gegeneinander um 120" el.

to phasenverschobene Ausgangsströme /ι, h. ') einstellen. Ihr Zeitverlauf ist in den Fig. 12 bis 14 gezeigt. Für die hier zunächst durchgeführte Betrachtung (Bedingung I₁ = I₁₁) gjli jeweils der gestrichelt eingezeichnete Zeitverlauf. Pro Periodendauer T_n ergeben sich danach jeweils eine positive und eine negative Strom-Zeit-F-Iäche der Einschaltdauer T_nZi. Diese beiden Strom-Zeit-F lachen sind durch eine stromlose Pause der Dauer T_nIb voneinander getrennt.

Das in den Fig ! ? hi«; 14 gr/rigtr Drehstromsystem wird mit vertauschter Phasenfolge in das Drehspannungsnetz 3 eingespeist.

Durch geeignetes Zünden und Löschen der Ventile A bis Fkönnen die drei Ausgangsströme /ι, /;, /Ί bezüglich der dreiphasigen Netzwechselspannung prinzipiell jeden beliebigen Phasenwinkel einnehmen. Das zur Symmetrierung des Verbrauchers 4 in das Drehspannung, netz 3 eingespeiste Drehstromsystem kann daher den durch die Steuereinrichtung 20 bzw. 22 ermittelten richtigen Phasenwinkel annehmen. Der Stellbereich für den Phasenwinkel reicht dabei von 0° el. bis 360° el.

b) Im folgenden wird die Voraussetzung aufgegeben, daß stets /,/ = Ir gelten soll, d. h., der Gleichstromsteller 18 soll nunmehr ebenfalls betrieben werden.

Durch Variation der Einschaltdauer des Gleichstromstellers 18 und gleichzeitig der Ventile A bis F des Stromrichters 5 wird die Grundschwingungsamplitude der drei Ausgangsströme /Ί, /2, /3 beeinflußt. Nach F i g. 4 wird durch den Betrieb des Gleichstromstellers 18 der in den se'bstgeführten Stromrichter 5 fließende Eingangsgleichstrom // in Strom-Zeit-Blöcke veränderbarer Breite unterteilt. Die Möglichkeit zur Breitenänderung ist durch die horizontalen Pfeile angedeutet. Die stromlose Pause zwischen den einzelnen Strom-Zeit-Blöcken ist durch die jeweilige Einschaltdauer Te des Gleichstromstellers 18 gegeben. Das ist aus F i g. 5 ersichtlich.

Der Gleichstromsteller 18 ist im stationären Betrieb jeweils beidseitig symmetrisch zu äquidistanten Zeitpunkten r, eingeschaltet (mit 1= 1, 2, 3 ...). Diese Zeitpunkte t, sind durch die Phasenlage des Strom-Gegeusystems gegenüber der Netzspannung gegeben und werden durch die Regelung vorgegeben. Der gegenseitige Abstand T_g der äquidistanten Zeitpunkte <; ist nach der Beziehung f_g = \IT_g durch die Taktfrequenz f_g des Gleichstromstellers 18 gegeben. Die Taktfrequenz f_g ist dabei ein ganzzahliges Vielfaches der Netzfrequenz fn, wobei der Vervielfachungsfaktor ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl ρ der Brückenzweige des selbstgeführten Stromrichters 5 ist. Bei Verwendung einer Drehstrom-Brückenschaltung kann also die Taktfrequenz f_g gleich der 6- oder 12- oder 18fachen Netzfrequenz f„ sein. Im einfachsten Falle wird man die niedrigst mögliche Taktfrequenz f_g, im vorliegenden Fall also f_g = 6/j, wählen, um die Schaltverluste im Gleichstromsteller 18 und im Stromrichter 5 gering zu halten. Pro Periode T_n = Mf_n der Netzwechselspannung sind dann ρ = 6 Einschaltzeiten des

Gleichstromstellers 18 urid 2 Einschaltzeiten je Ventil des Stromrichters 5 zu verzeichnen.

Nach Fig.6 bis Il werden durch den Gleichstromsteller 18 und durch Ein- und Abschalten der Ventile A bis F aus jedem Block der Einschaltdauer T_nIZ Teilstücke »ausgeblendet«. Jedes Ventil A bis F hat nunmehr pro Periodendaucr T_n zwei stromleitcndc Zustände, die symmetrisch innerhalb des gestrichelt gezeichneten Blockes der Einschaltdauer T_nIZ liegen und eine steueiijare Breite haben. Sie können bei maximaler Ansteuerung maximal zusammen die Dauer T₁JZ besitzen. Jede Einschaltflanke eines der Ventile A bis Ffällt mit einer Abschaltflanke des Gleichstromstellers 18 zeitlich zusammen. Entsprechend fällt jede Abschaltflanke eines der Ventile A bis F mit einer Einschaltflanke des Gleichstromstellers 18 zusammen. Insofern werden Gleichstromsteller 18 und Stromrichter 5 in Gegentakt zueinander gesteuert. Jeder stromleitende Zustand eines der Ventile A bis F liegt beidseitig symmetrisch zu den Zeitpunkten (I₁ + T^/2). Die Zündfolge der Ventile A. bis /■'ist n'jn!T!^phr ^"r^h ^i^p Ventile (Ound A), (A und F), (Fund G), (Cund B), (Buna E), (E und D), (D und A) usw. gegeben, wobei die angegebenen Ventilpaare stets gleichzeitig gezündet und gelöscht werden.

Zur Veränderung der Phasenlage der Ausgangss'röme i\. /2. /j werden die äquidistanten Zeitpunkte t, in Fig. 5 einerseits und in F i g. 6 bis 11 andererseits gemeinsam gegenüber den Nulldurchgängen der Netzwechselspannung verschoben. Durch Variation der Einschaltdauer T_e des Gleichstromstellers wird die Grundschwingungsamplitude der Ausgangsströme A, h, ij eingestellt.

Aus den Fig. 12 bis 14 geht weiter hervor, daß durch die Wirkung des Gleichstromstellers 18 und des Taktes der Ventile A bis Fjede der gestrichelt eingezeichneten positiven und negativen Strom-Zeit-Flächen in zwei Teilflächen veränderbarer Gesamtbreite unterteilt wird. Bei Wahl einer höheren Taktfrequenz f_g erhält man mehr als zwei solcher Teilflächen. Die beiden eingezeichneten Teilflächen liegen jeweils symmetrisch zur Mitte der gestrichelt dargestellten Strom-Zeit-Flächen und symmetrisch zu den Zeitpunkten (f,+ Tf/2).

Aus den Fig.4 bis 14 is: weiter ersichtlich, daß sich durch Variation der Einschaltdauer T_edes Gleichstromstellers 18 und der Ventile A bis F die Amplitude der Grundschwingung der einzelnen Ausgangsströme /Ί, h, /j und damit das zur Symmetrierung eingespeiste Strom-Gegensystem dem Betrage nach beeinflussen und einstellen läßt. Wird im übrigen diese Variation symmetrisch zu den erwähnten äquidistanten Zeitpunkten t, (vergleiche Pfeile in F i g. 4) vorgenommen, so bleiben bei der Variation auch die Ausgangsströme /,, i₂, /j symmetrisch.

Die Variation der Einschaltdauer T₁- wird folglich in Abhängigkeit von der Amplitude und die Variation der Zeitpunkte f, in Abhängigkeit der Phasenlage des einzuspeisenden Strom-Gegensystems vorgenommen, wobei nach Fig. I das einzuspeisende Strom-Gegensystem nach Betrag und Phase durch Strom- und Spannungsmessung ermittelt wird. Die Steuereinrichtung 20, 22 wird daher im allgemeinen zwei (nicht gezeigte) Regler enthalten, die in Abhängigkeit von der Abweichung des Betrags bzw. der Phase des ermittelten Strom-Gegensystems von vorgegebenen Sollwerten die genannten Variationen vornimmt.

Die Steuereinrichtung 22 gemäß F i g. 2 weicht von der Steuereinrichtung 20 gemäß F i g. I dahingehend ab, daß die Regelung der Phasenlage rlpr Aiisgangsströmo auch vom Istwert des konstanten Gleichstroms /,/ beeinflußt wird. Diese zusätzliche Beeinflussung macht sich in einer geringfügigen Verstellung der Phasenlage gegenüber dem eigenilich für seine Symmetrierung erforderlichen Wert bemerkbar. Die Verstellung richtet sich nach dem ohmschen Widerstand der Drosselspule 23.

Als besonders vorteilhaft wird die Eigenschaft der Einrichtung nach Fig. 1 und 2 angesehen, daß die einzelnen Ausgangsströme ι], ii, /j in ihrer Grundschwingungsamplitude sehr schnell über die Einschaltdauer T_c des Gleichstromstellers 18 und der Ventile A bis F verändert werden können. Das liegt daran, daß nicht der eingeprägte Gleichstrom selbst in Abhängigkeit von der Unsymmetrieleistung gesteuert werden muß, sondern mit Hilfe des Gleichstromstellers 18 vielmehr, angepaßt an den Bedarf von Unsymmetrieleistung, nur ein mehr oder weniger großer Bruchteil eines Gleichstroms aus dem konstanten Gleichstrom Ij gleichsam »herausgeblendet« und für die Unsymmetriekompensation herangezogen wird. Da zwischen dem Eingang des selbstgeführten Stromrichters 5 und der Einspeisestelle am Drehstromnetz 3 keine nennenswerten Energiespeicher vorhanden sind, kann sich ein »Ausblenden« aus dem konstanten Gleichstrom Ij unverzögert als Änderung der eingespeisten Unsymmetrieleistung auswirken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1, Symmetrierungseinrichtung für ein von einem unsymmetrischen Verbraucher belastetes Drehstromnetz mit in vertauschter Phasenfolge an das Drehstromnetz angeschlossenem selbstgeführtem, aus einer Gleichstromquelle gespeisten Stromrichter, dessen Hauptventile in Drehstrom-Brückenschaltung angeordnet, zwangsweise löschbar und so gesteuert sind, daß ein Ausgangsstrom mit netzfrequenter Grundschwingung erzeugt wird, die in ihrer Phasenlage zur Netzwechselspannung abhängig von der Phasenlage bzw. deren Amplitude abhängig von der Amplitude des zur Symmetrierung erforderlichen Strom-Gegensystems geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Gleichstromquelle (10) eingespeiste Gleichstrom als konstanter Gleichstrom (Id) gehalten und nach der maximal zu symmetrierenden Unsymmetrieleisiung bemessen ist und daß die gleichstromseitigen Anschlußklemmen (7,8) des selbstgeführten Stromrichters (5) durch einen parallel zu den Ventilen (A bis F) des selbstgeführten Stromrichters (5) liegenden Gleichstromsteller (18) miteinander verbunden sind, der mit einer Taktfrequenz (fg) gesteuert ist, die ein ganzzahliges Vielfaches (p) der Netzfrequenz (f„) der Netzwechselspannung ist

   2 Symmetrierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromsteller (18) beidseitig symmetrisch zu äquidistanten Zeitpunkten (ti) eingeschaltet und der selbstgeführte Stromrichter (5) im Gegentakt hierzu stromleitend gesteuert ist, wobei iiie Eifochaltdauer (T_e) des Gleichstromstellers (18) und der einzelnen Ventile (A bis F) des selbstgeführten i. ;romrichters (5) in Abhängigkeit von der Höhe der zu symmetrierenden Unsymmetrieleistung geführt ist und wobei die äquidistanten Zeitpunkte (ti) bezüglich der Nulldurchgänge der Netzwechselspannung in Abhängig- keit von der Phasenlage des zur Symmetrierung benötigten Strom-Gegensystems einstellbar ist (F ig. 4 und 5).

   3. Symmetrierungseinrichtung nach Anspruch 2 für ein dreiphasiges Drehspannungsnetz, dadurch gekennzeichnet, daß pro Periodendauer (T_n) der Netzwechselspannung sechs Einschaltzeiten (T_e) vorgesehen sind (Fig. 4).

   4. Symmetrierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als so Gleichstromquelle (10) ein netzgeführter Stromrichter (11) vorgesehen ist, der wechselstromseitig an das Drehstromnetz und gleichstromseitig über eine Glättungsdrossel (13) an die gleichstromseitigen Anschlußklemmen (7,8) des selbstgeführten Stromrichters (5) angeschlossen ist, und daß der netzgeführte Stromrichter (11) auf den konstanten Gleichstrom ^/4) geregelt ist (F ig. 1).

   5. Symmetrierungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der netzgeführte Stromrichter (11) steuerbare Ventile in Drehstrom-Brückenschaltung umfaßt (Fig. 1).

   6. Symmetrierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als μ Gleichstromquelle (10) eine Drosselspule (23) vorgesehen ist, die über den selbstgeführten Stromrichter (5) aus dem Drehstromnetz (3) gespeist ist, und daß die Phasenlage der Ausgangsströrne (/,, h, h) des selbstgefQhrten Stromrichters (S) bezüglich der Netzwechselspannung gering abweichend von dem Wert, der durch das zur Symmetrierung erforderliche Strom-Gegensystem vorgegeben ist, so gesteuert ist, daß sich in der Drosselspule (23) der konstante Gleichstrom (I4) einstellt (F i g. 2).

   7. Symmetrierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem wechselspannungsseitigen Ausgang des selbstgeführten Stromrichters (5) und dem Drehstromnetz (3) ein Transformator (6) angeordnet ist