DE2707169B2 - Direct converter for feeding an N load with several controllable three-phase bridge circuits connected to a three-phase system via transformers - Google Patents
Direct converter for feeding an N load with several controllable three-phase bridge circuits connected to a three-phase system via transformersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Direktumrichter zur Speisung einer Last mit mehreren über Transformatoren an ein Drehstromsystem angeschlossenen steuerbaren Drehstrom-Brückenschaltungen, die von teilweise in Sternschaltung, teilweise in Dreieckschaltung angeordneten Sekundärwicklungen der Transformatoren gespeist sind.The invention relates to a direct converter for feeding a load with a plurality of transformers controllable three-phase bridge circuits connected to a three-phase system, some of which are in Star connection, partially delta connected secondary windings of the transformers are.
Ein solcher Direktumrichter ist in der FR-PS 23 887 beschrieben. Dieser bekannte Direktumrichter weist einen Transformator mit zwei im Stern geschalteten Sekundärwicklungen auf. Die entsprechenden Phasen der beiden Sekundärwicklungen sind über Drehstrom-Brückenschaltungen miteinander verbunden. Ebenso sind die entsprechenden Drehstrom-Ausgänge der drei Drehstrom-Brückenschaltungen miteinander verbunden, wobei die Verbindungspunkte zum Anschluß eines dreiphasigen Synchronmotors dienen. Ferner sind jeder Sekundärwicklung drei weitere Thyristoren zugeordnet, die einerseits mit den drei Phasen der Sekundärwicklung und andererseits mit einem gemeinsamen Anschluß verbunden sind. Zwischen den gemeinsamen Anschlüssen der Thyristoren der ersten und der zweiten Sekundärwicklung liegt eine Gleichstromdrossel. Mit diesem Direktumrichter kann ein Teil der im speisenden Netz hervorgerufenen Oberschwingungen unterdrückt werden. Er kann jedoch nur für Synchronmaschinen eingesetzt werden, da die Thyristoren der Brückenschaltungen lastgeführt sind.Such a direct converter is described in FR-PS 23 887. This well-known direct converter has a transformer with two star-connected secondary windings. The corresponding Phases of the two secondary windings are connected to one another via three-phase bridge circuits. The corresponding three-phase outputs of the three three-phase bridge circuits are also connected to one another connected, the connection points being used to connect a three-phase synchronous motor. Furthermore, three more thyristors are assigned to each secondary winding, on the one hand with the three Phases of the secondary winding and on the other hand are connected to a common terminal. Between the common connections of the thyristors of the first and the second secondary winding is one DC choke. With this direct converter, some of the Harmonics are suppressed. However, it can only be used for synchronous machines, since the Thyristors of the bridge circuits are load-controlled.
Ferner ist der Aufwand relativ groß, da eine zusätzliche Drossel vorgesehen werden muß.Furthermore, the effort is relatively high, since an additional throttle must be provided.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Direktumrichter anzugeben, der bei geringen Netzrück-. Wirkungen für jede beliebige Last einsetzbar ist.The invention is based on the object of specifying a direct converter which, with low network reverse. Effects can be used for any load.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß erste und zweite als Drehstrom-Brückenschaltungen aufgebaute Gleichrichter jeweils in Reihenschaltung einer Flußrichtung des Laststromes gesondert ■ zugeordnet sind, daß dritte drehstromgespeiste steuerbare Gleichrichter in Brückenschaltung vorgesehen sind, die bei beiden Flußrichtungen des Laststromes stromführend sind, daß die vier an den beiden Eingängen der Last angeschlossenen ersten und zweiten Gleichrichter als Ganzes nach Art einer einphasigen Brückenschaltung verbunden sind, in deren Brückendiagonale die dritten Gleichrichter in Reihenschaltung angeordnet sind und daß die dritten Gleichrichter durch die ersten und zweiten Gleichrichter stromflußrichtig an die Last anschaltbar sind.This object is achieved according to the invention in that the first and second as three-phase bridge circuits built-up rectifier in series connection of one direction of flow of the load current separately ■ are assigned that third three-phase powered controllable Rectifiers are provided in a bridge circuit, which in both directions of flow of the load current are energized that the four first and second connected to the two inputs of the load Rectifiers as a whole are connected in the manner of a single-phase bridge circuit, in the bridge diagonal the third rectifier are arranged in series and that the third rectifier through the first and second rectifiers can be connected to the load with the correct current flow.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Gesamtzahl der Gleichrichtereinheiten dadurch verringert werden kann, daß Gleichrichtereinheiten, die bislang nur einer Flußrichtung des Laststromes zugeordnet sind, beiden Flußrichtungen des Laststromes gemeinsam zuzuordnen sind. Es bleibt weiterhin ein Teil der Gleichrichter ausschließlich nur jeweils einer Flußrichtung des Laststromes zugeordnet, ein anderer Teil der eingesetzten Gleichrichter jedoch wird für beide Flußrichtungen des Laststromes genützt. Da die Gleichrichter netzgeführt oder selbstgeführt sein können, kann der Direktumrichter für jede beliebige Last eingesetzt werden.The invention is based on the knowledge that this reduces the total number of rectifier units can be that rectifier units, which so far only have one direction of flow of the load current are assigned, are to be assigned to both directions of flow of the load current. It still remains one Part of the rectifier is only assigned to one direction of flow of the load current, another However, some of the rectifiers used are used for both directions of flow of the load current. Since the Rectifiers can be line-commutated or self-commutated, the direct converter can be for any Load can be used.
In dem Fall, in dem die ersten und zweiten Gleichrichter netzgeführt sind, kann zumindest ein Teil der dritten Gleichrichter selbstgeführt sein. Dabei werden die netzgeführten Gleichrichtereinheiten mit einem eine Phasennacheilung aufweisenden Steuerwinkel und die selbstgeführten Gleichrichtereinheiten mit einem in Bezug auf die Speisespannung voreilenden Steuerwinkel betrieben, um die Netzrückwirkungen (Oberschwingungen, Blindleistung) des Umrichters zu unterdrücken. Da die teuereren selbstgeführen Gleichrichter für beide Flußrichtungen des Laststroms gemeinsam genutzt werden, können Größe und Kosten des Umrichters reduziert werden.In the case in which the first and second rectifiers are line-commutated, at least a part can the third rectifier will be self-commutated. The line-commutated rectifier units are also included a control angle having a phase lag and the self-commutated rectifier units operated with a control angle leading in relation to the supply voltage in order to reduce the network perturbations (Harmonics, reactive power) of the converter. As the more expensive self-commutated rectifiers can be shared for both directions of flow of the load current, size and cost of the converter can be reduced.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der F i g. 1 bis 3 näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to FIGS. 1 to 3 explained in more detail.
F i g. 1 zeigt einen einphasigen Direktumrichter, wie er entsprechend auch für jede Phase eines mehrphasigen Direktumrichters verwendet werden kann. Durch vier sechspulsige Gleichrichter Pt, Ni, P4 und NA wird eine einphasige Brückenschaltung dargestellt. Zwischen den Gleichspannungsklemmen dieser Brükkenschaltung liegen zwei in Reihe geschaltete, sechspulsige Gleichrichter A/t und M2 in Reihe mit einer Drossel L und einem schnellen Abschalter HB. An den Wechselspannungsklemmen der Brückenschaltung liegt die Last Z, die eine einphasige Wechselstromlast oder die einer Phase eines Drehstromsystems zugeordnete Last darstellt. Jeder Gleichrichter P1, PA, Ni, N4, Mi, A/4 besteht aus steuerbaren Ventilen, beispielsweise Thyristoren, die in einer dreiphasigen Brückenschaltung verbunden sind. Die Gleichrichter Pt, N 1, PA und NA sind netzgeführt, d. h. ohne Einrichtungen für eine erzwungene Kommutierung und die Gleichrichter A/l und M 2 sind selbstgeführt mit Kommutierungseinrichtungen M 1' und M2'. F i g. 1 shows a single-phase direct converter, as it can also be used accordingly for each phase of a multi-phase direct converter. A single-phase bridge circuit is represented by four six-pulse rectifiers Pt, Ni, P4 and NA. Between the DC voltage terminals of this bridge circuit are two series-connected, six-pulse rectifiers A / t and M 2 in series with a choke L and a fast switch-off HB. The load Z, which represents a single-phase AC load or the load assigned to one phase of a three-phase system, is connected to the AC voltage terminals of the bridge circuit. Each rectifier P 1, PA, Ni, N4, Mi, A / 4 consists of controllable valves, for example thyristors, which are connected in a three-phase bridge circuit. The rectifiers Pt, N 1, PA and NA are line-commutated, ie without devices for forced commutation and the rectifiers A / 1 and M 2 are self-commutated with commutation devices M 1 'and M2'.
Ein Transformator T mit einer Primärwicklung Wi und vier Sekundärwicklungen W2i sind W24 ist an ein Drehstromsystem RST angeschlossen. Anstelle eines Transformators T können auch zwei Transformatoren mit jeweils zwei Sekundärwicklungen oder vier Transformatoren mit jeweils einer Sekundärwicklung eingesetzt sein. Die Primärwicklung Wi und die Sekundärwicklungen W23 und W2A sind in einer Dreiecksschaltung angeordnet die Sekundärwicklungen W2i und W 22 in einer Sternschaltung. Die Spannungen an den Klemmen aller Sekundärwicklungen W2i bis W2A sind gleich.A transformer T with a primary winding Wi and four secondary windings W2i are W24 is connected to a three-phase system RST . Instead of one transformer T , two transformers with two secondary windings each or four transformers with one secondary winding each can be used. The primary winding Wi and the secondary windings W23 and W2A are arranged in a delta connection, the secondary windings W2i and W 22 in a star connection. The voltages at the terminals of all secondary windings W2i to W2A are the same.
Die netzgeführten Gleichrichter Pl und P4 gehören zur einen Flußrichtung des Laststromes la wobei die Wechselstromseite des erstgenannten Gleichrichters mit der in Sternschaltung angeordneten Sekundärwicklung W2i des Transformators T verbunden ist während der Wechselspannungseingang des letzteren Gleichrehters mit der in Dreiecksschaltung angeordneten Sekundärwicklung W2A des gleichen Transformators T verbunden ist Die netzgeführten Gleichrichter N1 und NA gehören zur anderen Flußrichtung des Laststroms — Iz, wobei die Wechselspannungsklemmen des ersteren Gleichrichters mit der im Stern geschalteten Wicklung W2i des Transformators, die Wechselspannungsklemmen des letzteren Gleichrichters mit der als Dreiecksschaltung ausgeführten Sekundärwicklung W24 des Transformators T verbunden sind. Ein sech spulsiger selbstgeführter Gleichrichter A/1, der mit der in Sternschaltung angeordneten Sekundärwicklung W22 verbunden ist und ein sechspulsiger selbstgeführter Gleichrichter A/2, der mit der in Dreiecksschahung angeordneten Sekundärwicklung IV 23 des Transformators Γ verbunden ist bilden einen zwölfpulsigen selbstgeführten Gleichrichter, der gemeinsam für die positiven und die negativen Halbwellen des Laststroms vorgesehen ist Die positiven Halbwellen des Stromes fließen über den Strompfad PI — AfI- A/2— P A, während die negativen Halbwellen des Laststroms über den Strompfad NA- Mi- A/2 - Ni fließen. Da die Gleichrichtereinheiten bezüglich ihrer Gleichspannungsausgänge in Reihe geschaltet sind, entspricht die gesamte, an der Last Z anstehende Ausgangsspannung des Direktumrichters der Summe der Ausgangsspannungen der einzelnen Gleichrichtereinheiten Pl, P4, N1, NA, Mi1MZ In diesem Fall sind die Gleichrichtereinheiten so gesteuert daß die gesamte Ausgangsspannung zu gleichen Teilen von den Gleichricbtereinheiten geliefert wird. Da die Eingangswechselspannungen für die Gleichrichtereinheiten Ni, NA, Pi, PA, Λ/1, Λ/2 ebenfalls untereinander gleich sind, sind die Absolutwerte der Steuerwinkel für die Gleichrichtereinheiten Pl, P4, Wl, NA, Mi, A/2 ebenfalls einander gleich. Darüber hinaus werden die netzgeführten Gleichrichtereinheiten Pl, P4, Ni, NA mit einer Phasennacheilung ec in Bezug auf die Eingangswechselspannung, die selbstgeführten Gleichrichtereinheiten AfI, A/2 mit einer Phasenvoreilung —α in Bezug auf dieselbe Eingangsspannung betrieben. Demzufolge wird die im Netz RSTdurch die netzgeführten Gleichrichtereinheiten Pl, P4, Ni, NA hervorgerufene Blindleistung kompen?: -t dt'rch die mit der Phasenvoreilung verknüpfte Blindleistung, die durch die selbstgeführten Gleichrichter AfI und A/2 hervorgerufen ist, wodurch der Leistungsfaktor für die Grundwelle des Direktumrichters im speisenden Netz im wesentlichen 1 ist.The line-commutated rectifiers Pl and P4 belong to one direction of flow of the load current l a, whereby the alternating current side of the first-mentioned rectifier is connected to the star-connected secondary winding W2i of the transformer T, while the alternating voltage input of the latter rectifier is connected to the delta-connected secondary winding W2A of the same transformer T. The line-commutated rectifiers N 1 and NA belong to the other direction of flow of the load current - I z , whereby the AC voltage terminals of the former rectifier are connected to the star-connected winding W2i of the transformer, the AC voltage terminals of the latter rectifier are connected to the delta-connected secondary winding W24 of the transformer T. are. A six-pulse self-commutated rectifier A / 1, which is connected to the star-connected secondary winding W22 , and a six-pulse self-commutating rectifier A / 2, which is connected to the triangular-shaped secondary winding IV 23 of the transformer Γ form a twelve-pulse self-commutated rectifier, which together for the positive and negative half waves of the load current is provided. The positive half waves of the current flow via the current path PI - AfI - A / 2 - PA, while the negative half waves of the load current flow via the current path NA - Mi- A / 2 - Ni . Since the rectifier units are connected in series with regard to their DC voltage outputs, the total output voltage of the direct converter applied to the load Z corresponds to the sum of the output voltages of the individual rectifier units Pl, P4, N 1, NA, Mi 1 MZ.In this case, the rectifier units are controlled in this way that the total output voltage is supplied in equal parts by the rectifier units. Since the AC input voltages for the rectifier units Ni, NA, Pi, PA, Λ / 1, Λ / 2 are also equal to one another, the absolute values of the control angles for the rectifier units Pl, P4, Wl, NA, Mi, A / 2 are also equal to one another . In addition, the line- commutated rectifier units Pl, P4, Ni, NA are operated with a phase lag ec with respect to the AC input voltage, and the self-commutated rectifier units AfI, A / 2 are operated with a phase lead —α with respect to the same input voltage. Accordingly, the reactive power caused in the network RST by the line- commutated rectifier units Pl, P4, Ni, NA will compensate? is essentially 1 for the fundamental wave of the direct converter in the feeding network.
Ferner stellen die sechspulsigen netzgeführten Gleichrichtereinheiten Pl. Λ/1 und P4, NA als Ganzes einen zwölfpulsigen netzgcführtsn Gleichrichter dar, während die sechspulsigen selbstgeführtcn Gleichrichter A/l, A/2 als Ganzes einen zwölfpulsigen selbstgeführten Gleichrichter darstellen, wodurch das Auftreten von Strom- und Spannungsoberschwingungen im speisenden Netz reduziert istFurthermore, the six-pulse line- commutated rectifier units Pl. Λ / 1 and P4, NA as a whole represent a twelve-pulse line-commutated rectifier, while the six-pulse self-commutating rectifiers A / 1, A / 2 represent as a whole a twelve-pulse self-commutating rectifier, whereby the occurrence of current and Voltage harmonics in the supply network is reduced
Um das Auftreten von Kreisstromen zwischen den Gleichrichtereinheiten Pl und P4 und den Gleichrichtereinheiten N1 und NA zu unterbinden, ist jeweils eine der Gruppen von Gleichrichtereinheiten Pl und P4 bzw. Ni und NA außer Betrieb, wenn die andere der Gruppen in Betrieb ist Darüber hinaus erfolgt der Übergang von einer Gruppe auf die andere erst, nachdem sichergestellt ist daß in keiner der zwei Gruppen Strom fließt Für den Fall, daß es zur Ausbildung eines Kreisstromes kommen sollte, wird dieser durch die Wirkung der Drossel L wirksam unterdrückt Der schnelle Abschalter HB ist zum Oberstromschutz vorgesehen.In order to prevent the occurrence of circulating currents between the rectifier units Pl and P4 and the rectifier units N 1 and NA , one of the groups of rectifier units Pl and P4 or Ni and NA is out of operation when the other of the groups is in operation the transition from one group to the other only after ensuring that none of the two groups current flows in the event that there should be formation of a circular flow, it will take effect by the action of inductor L suppressed the fast breaker HB is to Overcurrent protection provided.
Durch die Ausnutzung der Gleichrichter A/1 und M 2 für die positiven und die negativen Halbwellen des Laststromes wird der Schaltungsaufwand besonders gering. Wenn man für jede Richtung des Laststroms getrennte Gleichrichtereinheiten einsetzen würde, waren anstelle von zwei selbstgeführten Gleichrichtern vier selbstgeführte Gleichrichter notwendig, wobei außerdem zu berücksichtigen ist daß die selbstgeführten Gleichrichter teuerer als netzgeführte Gleichrichter sind. Außerdem wären in diesem Fall zwei Drosseln und zwei Abschalter für Schutzzwecke notwendig, wohingegen in der Schaltung nach F i g. 1 nur ein Satz dieser Elemente nötig ist. Der Direktumrichter kann für jede beliebige Last eingesetzt werden, da er nicht lastgeführt sondern teils netzgeführt und teils selbstgeführt ist.By using the rectifiers A / 1 and M 2 for the positive and the negative half-waves of the load current, the circuit complexity is particularly low. If one were to use separate rectifier units for each direction of the load current, four self-commutated rectifiers would be necessary instead of two self-commutated rectifiers, whereby it must also be taken into account that the self-commutated rectifiers are more expensive than line-commutated rectifiers. In addition, in this case two chokes and two disconnectors would be necessary for protection purposes, whereas in the circuit according to FIG. 1 only one set of these elements is necessary. The direct converter can be used for any load, as it is not load-controlled, but partly grid-controlled and partly self-commutated.
In den F i g. 2 und 3 sind weitere Ausführungsbeispiele des Direktumrichters nach der vorliegenden Erfindung dargestellt.In the F i g. 2 and 3 are further exemplary embodiments of the direct converter according to the present invention shown.
In der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform sind vier Sekundärwicklungen W2i bis W2A eines Transformators wie in F i g. 1 vorgesehen. Die beiden Gleichrichter A/l und A/2 im Gleichspannungszweig dieses Ausführungsbeispiels sind sechspulsige selbstgeführte Gleichrichter mit demselben Aufbau wie in Fig. 1. An die in Sternschaltung angeordnete Wicklung VV21 sind drei Thyristorgruppen Ai, Bi und AB 1 angeschlossen. Die Thyristorgruppen A1 und AB 1 steilen einen sechspulsigen netzgeführten Gleichrichter dar, der der einen Flußrichtung des Laststroms zugeordnet ist während die Thyristorgruppen JSl und ABi einen sechspulsigen netzgeführten Gleichrichter darstellen, der der anderen Flußrichtung des Laststroms zugehört Demzufolge ist die Thyristorgruppe ABi beiden Flußrichtungen des Laststroms gemeinspm zugeordnet Analog sind an die Sekundärwicklung W 24 in Dreiecksschaltung Thyristorgruppen A 2, B2 und AB2 angeschlossen, von denen die Thyristorgruppen A 2 und AB 2 einen sechspulsigen netzgeführten Gleichrichter bilden, der der einen Flußrichtung des Laststroms zugeordnet ist, während die Thyristorgruppen B 2 und AB 2 einen sechspulsigen netzgeführten Gleichrichter darstellen, der der anderen Flußrichtung des Laststroms zugeordnet ist, wobei die Thyristorgruppe AB2 für beide Flußrichtungen des Laststroms eingesetzt ist. Duich die beschriebene Anordnung kann die Gesamtzahl von Thyristoren verringert werden.In the in F i g. 2 are four secondary windings W2i to W2A of a transformer as in FIG. 1 provided. The two rectifiers A / 1 and A / 2 in the DC voltage branch of this exemplary embodiment are six-pulse self-commutated rectifiers with the same structure as in FIG. 1. Three groups of thyristors Ai, Bi and AB 1 are connected to the star-connected winding VV21. The Thyristorgruppen A 1 and AB 1 steep constitutes a six-pulse line-commutated rectifier, which is associated with the one direction of flow of the load current during the Thyristorgruppen JSL and ABI represent a six-pulse line-commutated rectifier listened to the other direction of flow of the load current Consequently, the Thyristorgruppe ABi two directions of flow of the load current Commonly assigned Analog thyristor groups A 2, B2 and AB2 are connected to the secondary winding W 24 in a delta connection, of which the thyristor groups A 2 and AB 2 form a six-pulse line-commutated rectifier, which is assigned to one direction of flow of the load current, while the thyristor groups B 2 and AB 2 represent a six-pulse line-commutated rectifier which is assigned to the other direction of flow of the load current, the thyristor group AB2 being used for both directions of flow of the load current. With the arrangement described, the total number of thyristors can be reduced.
In dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die in Fig.2 dargestellten sechspulsigen selbstgeführten Gleichrichter M1 und A/2 weggelassen und fürIn the one shown in FIG. 3, the six-pulse self-commutated rectifiers M 1 and A / 2 shown in FIG. 2 are omitted and for
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die Thyristorgruppen AB 1 und AB 2 sind Kommutie- mit einem einphasigen Ausgang dargestellt,the thyristor groups AB 1 and AB 2 are shown commutation with a single-phase output,
rungseinrichtungen ABV und AB2' vorgesehen. Bei Die Erfindung kann selbstverständlich auch beiinformation devices ABV and AB2 ' provided. The invention can of course also be used with
diesem Ausführungsbeispiel treten im Vergleich zu den Direktumrichtern mit einem mehrphasigen AusgangThis embodiment occurs in comparison to the direct converters with a multi-phase output
in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen eingesetzt werden.in fig. 1 and 2 illustrated embodiments are used.
stärkere Oberschwingungen im Strom auf. Jedoch kann ~> Es ist auch möglich, die vorliegende Erfindung beistronger harmonics in the current. However, ~> It is also possible to use the present invention at
dieses Ausführungsbeispiel als ein einfaches System einem statischen Leonardsystem zur Steuerung einesthis embodiment as a simple system to a static Leonard system for controlling a
eingesetzt werden. Aus Gründen einer besseren Gleichstrommotors in Vorwärts- und Rückwärtsrich-can be used. For the sake of a better DC motor in forward and reverse direction
Obersichtlichkeit wurde in den vorliegenden Zeichnun- tung anzuwenden,
gen die Erfindung in Bezug auf einen DirektumrichterClarity was applied in the present drawing,
gene the invention in relation to a direct converter
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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