DE3138103C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Blindstromkompensation bei einem Direktumrichter mit Kreisstrom nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine entsprechende Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 (JP-A 56-31 371 und Patent Abstracts of Japan Bd. 5, Nr. 86 [1981], S. E-60).

Ein Direktumrichter ist ein Frequenzumrichter zur direkten Umwandlung einer Wechselstromleistung bestimmter (höherer) Frequenz in eine andere Wechselstromleistung mit abweichender (niedrigerer) Frequenz. In einem Direktumrichter, der üblicherweise unter Verwendung von Thyristoren aufgebaut ist, werden die Thyristoren am Ende ihrer Leitphase durch eine Spannung der Stromversorgung kommutiert. Zu diesem Zeitpunkt wird eine erhebliche Blindleistung der Stromversorgung entnommen. Diese Blindleistung schwankt ständig in Synchronismus mit der Frequenz an der Last, die an den Direktumrichter angeschlossen ist. Dies erfordert eine Vergrößerung der Belastbarkeit der Stromversorgung, so daß verschiedene, aus der Schwankung der Blindleistung folgende ungünstige Effekte auf verschiedene Arten von Stromversorgungseinrichtungen, die an den Direktumrichter angeschlossen sind, einwirken. Für die Kompensation der Blindleistungsschwankung wurden viele Vorschläge gemacht.

Fig. 1 zeigt einen Direktumrichter, bei dem eine typische Blindleistungs-Kompensationseinrichtung nach dem Stand der Technik benutzt wird. Aus der Stromquelle 11 wird eine dreiphasige Wechselstromleistung über eine dreiphasige Wechselstrom-Sammelschiene 12, einem, ihre Frequenz verändernden Direktumrichter 13 und weiterhin einer Last 14 zugeführt. An die dreiphasige Wechselstrom-Sammelschiene 12 sind weiterhin ein die Phase vorschiebender Kondensator 15, eine Blindleistungs-Kompensationseinrichtung 16 und eine Steuereinrichtung 17 angeschlossen. Die Kompensationseinrichtung 16 besteht aus einer Thyristorbrückenschaltung 16 a und einer Gleichstromdrossel 16 b. Die Steuereinrichtung 17 mißt Spannung und Strom der dreiphasigen Wechselstrom- Sammelschiene 12 mit Hilfe der Transformatoren 17 a und 17 b. Die Meßwerte werden einer Blindleistungs-Rechenschaltung 17 c zugeführt, die die Blindleistung der Stromversorgung errechnet. Ein Signal, welches der Größe der ermittelten Blindleistung entspricht, wird zusammen mit einem Signal, welches dem mit Hilfe des Transformators 17 e gemessenen Strom entspricht, der Phasenansteuerschaltung 17 d zugeführt. Die Zündwinkel der Thyristoren in der Thyristorbrückenschaltung 16 a werden durch ein Ausgangssignal der Schaltung 17 d gesteuert. Der durch die Gleichstromdrossel 16 b fließende Strom I _O wird so beeinflußt, daß die Blindleistung Null wird.

In dem Vektordiagramm der Fig. 2 sind die gegenseitigen Verhältnisse der Spannung einer Phase der dreiphasigen Sammelschiene 12 und Ströme, die in entsprechenden Teilen der bekannten Anordnung fließen, dargestellt. In den Direktumrichter 13 fließt, bezogen auf die Speisespannung V _S, ein augenblicklicher Strom I _CC, die Amplitude des Stromes I _CC und sein Phasenwinkel α zur Speisespannung V _S ändern sich dauernd synchron mit dem durch die Last 14 fließenden Wechselstrom. In den die Phase vorschiebenden Kondensator 15 fließt ein konstanter Strom I _C, der der Speisespannung V _S um 90° voreilt. Wenn jetzt ein nacheilender Strom, ausgedrückt durch

I _O′ = I _C-I _CC · sin α

von der Sammelschiene 12 in die Blindleistungs-Kompensationseinrichtung 16 fließt, ist der der Stromquelle entnommene Strom I _S in Phase mit der Spannung V _S. Selbst wenn sich die Größe und der Phasenwinkel α des Stromes I _CC ändern, werden Spannung V _S und Strom I _S stets dadurch in Phase gehalten, daß die Größe des Stromes I _O′ = K · I _O entsprechend gesteuert wird, und der Direktumrichter wird damit so betrieben, daß der von der Stromquelle 11 her gesehene Grundwellen-Leistungsfaktor stets bei 1 gehalten wird.

Da der bekannte Direktumrichter, der mit einer Blindleistungs- Kompensationseinrichtung ausgerüstet ist, die eine Thyristorbrückenschaltung enthält, eine Vielzahl von Thyristoren erfordert, ist das Gesamtsystem des Direktumrichters aufwendig.

Die Druckschriften Patent Abstracts of Japan, Band 5, Nr. 86 (1981), Seite E-60 und die zugehörige JP-A-56-31 371 offenbaren ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Blindstromkompensation bei einem Direktumrichter mit Kreisstrom, der eine mehrphasige Last mit Wechselstrom versorgt und an den eingangsseitig ein die Phase vorschiebender Kondensator angeschlossen ist. Bei diesem Stand der Technik wird die Gesamtblindleistung von Direktumrichter und Kondensator ermittelt. Abhängig von dieser Ist-Gesamtblindleistung und einer vorgegebenen Soll-Gesamtblindleistung wird eine Gesamtkreisstrom- Führungsgröße ermittelt. Jede Phase des Direktumrichters ist mit einem Kreisstromregelkreis versehen. Die gesonderten Kreisstrom-Führungsgrößen dieser Regelkreise kommen von einer Wählschaltung, die mit der Gesamtkreisstrom- Führungsgröße beaufschlagt ist und die Phase auswählt, deren Steuerwinkel 90° am nächsten liegt.

Bei diesem Stand der Technik ist die gesonderte Führungsgröße für den Kreisstrom der ausgewählten Phase gleich der Gesamtkreisstrom-Führungsgröße. Die gesonderten Kreisstrom- Führungsgrößen der nicht-ausgewählten Phasen sind 0. Das bedeutet, daß jede einzelne Phase für den Summenstrom aus Kreisstrom und Laststrom ausgelegt werden muß.

Die Regelung des Kreisstroms zur Blindstromkompensation bei einem Direktumrichter ist auch aus der US-PS 40 13 937 bekannt. Über die Aufteilung des Kreisstroms auf mehrere Phasen eines mehrphasigen Direktumrichters sind der genannten Druckschrift keine Aussagen zu entnehmen. In dem Buch von Pelly, B. R. "Thyristor Phase-Controlled Converters and Cycloconverters" 1971, S. 181-198, das in der vorgenannten US- PS 40 13 937 erwähnt wird, wird der Betrieb von Direktumrichtern mit oder ohne Kreisstrom in Verbindung mit Problemen erläutert, die bei diskontinuierlichem Laststrom auftreten. In diesem Sonderfall soll der Kreisstrom Spannungsverzerrungen vermeiden helfen. In diesem Zusammenhang wird in der Druckschrift erläutert, daß bei Vorhandensein eines Kreisstroms dieser die Ventile zusätzlich zum Laststrom belastet. Daraus wird die Lehre abgeleitet, einen Kreisstrom nur dann zuzulassen, wenn ohne ihn der Laststrom diskontinuierlich würde. Zu diesem Zweck wird der Momentanwert des Laststroms erfaßt und ein Schwellenwert festgelegt, unterhalb dessen die Gefahr von Diskontinuitäten besteht. Bei einem Laststrom unterhalb des Schwellenwertes wird der Kreisstrom zugelassen, andernfalls nicht. Auf die Höhe des Kreisstromes wird dabei kein Einfluß genommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die eine Blindleistungskompensation mit Hilfe des Kreisstroms erlauben, ohne daß die einzelnen Phasen des Direktumrichters zur Berücksichtigung des Kreisstroms auf einen wesentlichen über dem maximalen Laststrom liegenden Strom ausgelegt werden müßten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 2 gelöst.

Dadurch, daß gemäß dieser Lösung der zugrundeliegenden Aufgabe der zur Blindstromkompensation benötigte Gesamtkreisstrom in beanspruchter Weise auf die einzelnen Phasen aufgeteilt wird, wird vermieden, daß eine einzelne Phase wesentlich mehr als den maximalen Laststrom führen muß. Dies bedeutet eine erhebliche Erleichterung bei der Auslegung des Direktumrichters.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Ausführungsform der Regelanordnung eines bekannten Direktumrichters mit Blindleistungs- Kompensation;

Fig. 2 zeigt ein Vektordiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1;

Fig. 3A und 3B stellen gemeinsam ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Regelanordnung für einen Direktumrichter mit Blindleistungs-Kompensation dar und

Fig. 4A bis 4C und Fig. 5A bis 5C zeigen Kurvenformen, die zur Erläuterung der Wirkungsweise der Regelanordnung nach Fig. 3A und 3B verwendet werden.

Nach Fig. 3A und 3B ist ein phasen-vorschiebender Kondensator 22 in Dreieck- oder Sternschaltung an eine dreiphasige Wechselstromsammelschiene 21 angeschlossen, die ihrerseits mit der dreiachsigen Wechselstromquelle verbunden ist. Die Stromversorgungstransformatoren 23 U, 23 V und 23 W für die Phasen U, V und W sind ebenfalls an die dreiphasige Sammelschiene 21 angeschlossen. Die Sekundärseiten der Transformatoren 23 U, 23 V und 23 W sind mit den Speiseseiten der Kreisstrom-Direktumrichter 24 U, 24 V und 24 W entsprechend verbunden. Der Direktumrichter 24 U der Phase U besteht aus einer positiven Direktumrichtergruppe 24 U-P, einer negativen Direktumrichtergruppe 24 U-N und aus Gleichstromdrosseln mit Mittelanzapfung 24 U-R 1 und 24 U-R 2, die, wie dargestellt, zwischen die Umrichtergruppen 24 U-P und 24 U-N geschaltet sind. Der Ausgangsstrom des Direktumrichters 24 U wird den beiden Mittelanzapfungen der Gleichstromdrosseln 24 U-R 1 und 24 U-R 2 entnommen und fließt durch die Last 25 U der Phase U, womit er durch einen geschlossenen Stromkreis verläuft. Auf entsprechende Weise sind die Transformatoren 23 V und 23 W mit den Kreisstrom-Direktumrichtern 24 V und 24 W verbunden, die einen ähnlichen Aufbau haben und Ausgangsströme an die Belastungen 25 V und 25 W liefern.

Die Direktumrichter 24 U, 24 V bzw. 24 W werden durch Steuerschaltungen 26 U, 26 V bzw. 26 W angesteuert. Der aus der positiven Umrichtergruppe 24 U-P des Direktumrichters 24 U der Phase U in die Gleichstromdrossel 24 U-R 1 fließende Strom I _PU und der aus der Drossel 24 U-R 1 zur negativen Umrichtergruppe 24 U-N fließende Strom I _NU werden durch Transformatoren 27 PU und 27 NU erfaßt und dem (+)-Eingang der Summierschaltung 26 U-1 der Steuerschaltung 26 U zugeführt. Der Ausgang der Summierschaltung 26 U-1 ist an den (+)-Eingang der Summierschaltung 26 U-2 angeschlossen. Der Absolutwert des durch den Transormator 28 U gelieferten, dem Laststrom I _LU entsprechenden Signals wird über eine den Absolutwert bildende Schaltung 26 U-3 dem (-)-Eingang der Summierschaltung 26 U-2 zugeführt. Das Ausgangssignal der Summierschaltung 26 U-2 wird durch den Operationsverstärker 26 U-4 halbiert und gelangt an einen der Eingänge des Komparators 26 U-5. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 26 U-4 ist ein Maß für den Kreisstrom I _OU und wird in dem Komparator 26 U-5 mit einer Führungsgröße für den Kreisstrom I _OU* verglichen.

Die Kreisstrom-Führungsgröße I _OU* wird auf folgende Weise gebildet. Spannung und Strom der dreiphasigen Wechselstrom- Sammelschiene 21 werden mit Hilfe der Transformatoren 30 und 31 gemessen und die Meßwerte der Blindleistungs-Rechenschaltung 32 zugeführt, in der die Blindleistung Q der Stromquelle berechnet wird. Der errechnete Wert wird einem der Eingänge des Komparators 33 zugeführt. Der andere Eingang des Komparators 33 erhält eine Blindleistungs-Führungsgröße Q *, die einer Potential-Einstellvorrichtung 34, beispielsweise einem Potentiometer, entnommen wird. Der Abweichung zwischen den beiden Werten entspricht das Abweichungssignal e1. Nach der Integration des der Abweichung entsprechenden Signales ε1 in einem Integrator 35 wird das Ausgangssignal I _O* einem Eingang eines Multiplizierers 36 U zugeführt. Als Folge der Integration des Abweichungswertes ε1 in dem Integrator 35 wird dessen bleibende Abweichung zu Null gemacht.

Die Führungsgröße für den Kreisstrom I _O* wird durch die Multiplikatoren 36 U, 36 V und 36 W auf folgende Weise auf die entsprechenden Phasen U, V und W verteilt. Den (+)- Eingängen der Summierschaltungen 37 U, 37 V und 37 W wird aus einem nicht dargestellten Potentialgeber ein Strom-Sollwert I _M zugeführt. Der Wert des Strom-Sollwertes I _M wird etwas größer als der Maximalwert Im des Laststromes gewählt. Die entsprechenden (-)-Eingänge der Summierschaltungen 37 U, 37 V und 37 W werden über die Steuerschaltungen 26 U, 26 V und 26 W mit den entsprechenden Absolutwerten der Lastströme I _LU, I _LV und I _LW der Phasen aus den Transformatoren 28 U, 28 V und 28 W gespeist. Auf diese Weise werden Differenzsignale zwischen den genannten Absolutwerten und dem Strom- Sollwert I _M gebildet. Die Differenzsignale werden durch die nachfolgenden Verstärker 38 U, 38 V und 38 W mit 1/I _M multipliziert und dadurch auf I _M normiert. Die Ausgangssignale der Verstärker 38 U, 38 V und 38 W werden anderen Eingängen der Multiplizierer 36 U, 36 V und 36 W zugeführt, wo diese Signale mit der Kreisstrom-Führungsgröße I _O* multipliziert werden. Als Ausgangssignale werden die Führungsgrößen für die Kreisstromverteilung I _OU*, I _OV* und I _OW* erhalten. Die Verteilungswirkung der Kreisstromführungsgrößen ist gegeben durch

In dem Komparator 26 U-5 wird ein Abweichungssignal ε 2 zwischen dem auf die genannte Weise gebildeten Signal, welches der Kreisstrom-Führungsgröße I _OU* der Phase U entspricht, und einem Signal, welches den Kreisstrom I _OU abbildet, erzeugt. Die Abweichung ε2 wird im Verstärker 26 U-6 mit einem Vorgabewert K 1 multipliziert und je einem Eingang der Summierschaltungen 26 U-7 und 26 U-8 zugeführt. Der andere Eingang der Summierschaltung 26 U-7 erhält das Ausgangssignal des Verstärkers 26 U-9, welcher aus dem Komparator 26 U-10 mit einem Signal der Abweichung ε 3 zwischen der Laststrom- Führungsgröße I _LU* und einem Laststrom-Wert I _LU gespeist wird. Unter der Annahme, daß die Verstärker 26 U-6 bzw. 26 U-9 Verstärkungsfaktoren von K 1 bzw. K 2 haben, ergibt sich das Eingangssignal ε 4 für die Phasen-Ansteuerschaltung 26 U-11 der positiven Phase zu

ε 4 = K 2 · ε 3 + K 1 · ε 2 (4)

Das Signal ε 4 ist ein Maß für den in der Phasen-Ansteuerschaltung 26 U-11 gebildeten Zündwinkel α _PU der Thyristoren, die die positive Umrichtergruppe bilden.

Gleichzeitig gelangt das Ausgangssignal des Verstärkers 26 U-9 nach seiner Invertierung im Inverter 26 U-12 an den anderen (+)-Eingang der Summierschaltung 26 U-8. Das Ausgangssignal ε 5 der Summierschaltung 26 U-8 ergibt sich daher zu

ε 5 = -K 2 · ε 3 + K 1 · ε 2 (5)

Das Signal ε 5 gelangt an die Phasen-Ansteuerschaltung 26 U-13, und der Ausgang α _NU dieser Schaltung steuert den Zündwinkel der Thyristoren, die die negative Umrichtergruppe 24 U-N bilden.

Die anderen Direktumrichter 24 V bzw. 24 W der Phasen V bzw. W werden durch Steuersignale für den Phasenwinkel α _PV , α _NV , α _PW und α _NW , die in ähnlich aufgebauten Ansteuerschaltungen 26 V und 26 W gebildet werden, gesteuert.

Die Regelung des Laststromes des Kreisstrom-Direktumrichters wird für die Phase U beschrieben.

Die Phasen-Ansteuerschaltungen 26 U-11 und 26 U-13 werden so gesteuert, daß der Direktumrichter 24 U eine Spannung erzeugt, die der Abweichungε 3 proportional ist, welche aus dem Vergleich des Laststrom-Führungswertes I _LU* mit dem Meßwert des tatsächlich in die Last 25 U der Phase U fließenden Laststromes I _LU in dem Komparator 26 U-10 gebildet wird. Die Abweichung ε 5 wird aus dem Verstärker 26 U-9 über den Inverter 26 U-12 der Schaltung 26 U-13 zugeführt, so daß die Ausgangsphasenlage α _PU der Schaltung 26 U-11 stets der Gleichung a _NU = 180°-α _PU entspricht. Der Normalbetrieb verläuft so, daß die Ausgangsspannung V _PU = k _v · V _S · cos α _PU der positiven Umrichtergruppe 24 U-P der Ausgangsspannung V _NU = K_v · V_S · cos α _NU = -V _PU der negativen Umrichtergruppe 24 U-N am Anschluß der Last 25 U die Waage hält. Wenn sich die Strom-Führungsgröße I _LU* sinusförmig verändert, ändert sich die Abweichung e 3 entsprechend. Als Folge hiervon werden die Ausgangsphasen α _PU und α _PN so gesteuert, daß durch die Last 25 U ein sinusförmiger Strom I _LU fließt. In diesem normalen Betriebszustand halten sich die Spannungen der Umrichter 24 U-P und 24 U-N die Waage, so daß nur wenig Kreisstrom I _OU fließt.

Die Lastströme I _LV bzw. I _LW der Phasen V bzw. W werden in ähnlicher Weise geregelt.

Im folgenden wird die Regelung des Kreisstromes beschrieben. Der Direktumrichter 24 U der Phase U wird wieder als Beispiel verwendet.

Der Kreisstrom I _OU wird auf folgende Weise gemessen. Der Meßwert des Ausgangsstromes I _PU der positiven Umrichtergruppe 24 U-P wird in der Summierschaltung 26 U-1 zum Ausgangsstrom I _NU der negativen Umrichtergruppe 24 U-N addiert. Von der Summe der Summierschaltung 26 U-1 wird in der Summierschaltung 26 U-2 der aus der den Absolutwert bildenden Schaltung 26 U-3 stammende Absolutwert des gemessenen Laststromes I _LU abgezogen. Anschließend wird zur Bildung des Kreisstromes I _OU die Differenz in dem Multiplizierer 26 U-4 mit 1/2 multipliziert. Es gilt die Beziehung

I _OU = (I _P + I _N-|I _LU|)/2 (6)

Der auf diese Weise erhaltene Kreisstrom I _OU wird im Komparator 26 U-5 mit der Führungsgröße I _OU* verglichen. Die erhaltene Abweichung ε 2 = I _OU*-I _OU wird, wie oben beschrieben, über den Verstärker 26 U-6 den Summierschaltungen 26 U-7 und 26 U-8 zugeführt.

Die Eingangsgrößen ε 4 und ε 5 der Phasen-Ansteuerschaltungen 26 U-11 und 26 U-13 ergeben sich entsprechend aus Gleichungen (4) und (5).

Die Beziehung α _NU = 180°-α _PU wird demzufolge nicht mehr eingehalten, und die Ausgangsspannung V _PU der positiven Umrichtergruppe 24 U-P unterscheidet sich von der Ausgangsspannung V _NU der negativen Umrichtergruppe 24 U-N um einen Wert, der K 1 · ε 2 proportional ist. Die Differenzspannung liegt an den Gleichstromdrosseln 24 U-R 1 und 24 U-R 2, so daß der Kreisstrom I _OU fließt. Wenn der Kreisstrom I _OU die Führungsgröße I _OU* überschreitet, sinkt der Abweichungswert ε 2 und verringert die Spannungsdifferenz. Die Folge ist, daß der Kreisstrom I _OU so geregelt wird, daß er der Führungsgröße I _OU* gleich ist.

Die Kreisströme I _OV und I _OW der Direktumrichter der Phasen V und W werden gleichermaßen entsprechend den Führungsgrößen I _OV* und I _OW* geregelt.

Die Blindleistungsregelung erfolgt auf folgende Weise: Meßeinrichtungen 31, 30 für Strom (31) und Spannung (30) (jeweils für drei Phasen) sind an der Einspeisestelle vorgesehen, und die Blindleistung Q wird in der Blindleistungs-Rechenschaltung 32 ermittelt. Die Führungsgröße Q * der Blindleistung wird üblicherweise auf Null gesetzt. Der Komparator 33 liefert die Abweichung ε1. Die Abweichung ε1 wird dem Integrator 35 zugeführt, und dessen Ausgang I _O* wird mittels den Multiplizierern 36 U, 36 V und 36 W zu den Führungsgrößen I _OU*, I _OV* und I _OW* für den Kreisstrom der entsprechenden Phasen.

Der nacheilende Blindstrom I _REACT der drei Phasen des Direktumrichters ergibt sich zu

I _REACT = K 1 (I _PU sin α _PU + I _NU sin a _NU
+ I _PV sin α _PV + I _NV sin α _NV
+ I _PW sin α _PW + I _NW sin α _NW ) (7)

wobei

α _NU ≈ 180°-α _PU , α _NV ≈ 180°-a _PV , α _NW ≈ 180°-α _PW .
-

Gleichung (7) kann umgeschrieben werden in

I _REACT = K 1 [(|I _LU| + 2 I _OU) sin α _PU
+ (|I _LV| + 2 I _OV) sin α _PV
+ (|I _LW| + 2 I _OW) sin a _PW (8)

Die Kreisströme I _OU, I _OV und I _OW werden so geregelt, daß der Strom I _REACT gleich ist dem voreilenden Blindstrom I _C des die Phase vorverschiebenden Kondensators 22.

Falls der Strom I _C größer wird als der Strom I _REACT, wird die Blindleistung an der Einspeisestelle in ihrer Phasenlage voreilend und die Blindleistung Q erhält einen negativen Wert. Dementsprechend wird ε1 = Q *-(-Q) positiv und vergrößert infolge des Integrators 35 die Führungsgröße I _O*. Dementsprechend steigen die weitergegebenen Führungsgrößen I _OU*, I _OV* und I _OW*, so daß die Kreisströme I _OU, I _OV und I _OW der Direktumrichter der entsprechenden Phasen ebenfalls ansteigen. Als Folge hiervon steigt auch der nacheilende Blindstrom I _REACT an, bis er dem Strom I _C gleich ist. Umgekehrt ist die Blindleistung Q positiv, wenn der Strom I _REACT größer als der Strom I _C wird, und ε1 = Q *-Q wird negativ. Als Folge hiervon wird die Führungsgröße I _O* reduziert, so daß die Kreisströme I _OU, I _OV und I _OW der Direktumrichter der entsprechenden Phasen sinken.

Der Führungswert I _O* des Kreisstroms kann in diesem Fall als Führungswert I _OU*, I _OV* und I _OW* der Kreisströme der entsprechenden Phasen benutzt werden, obwohl dies mit den folgenden Nachteilen verbunden ist.

Die Fig. 4A bis 4C zeigen Kurvenformen des Laststroms in den entsprechenden Phasen für den Fall I _OU* = I _OV* = I _OW* = I _O* (Fig. 4A), des Kreisstromes I _OU = I _OV = I _OW (Fig. 4B) und des Ausgangsstromes I _PU (Fig. 4C) der positiven Umrichtergruppe der Phase U. Solange die dreiphasige Last nicht geändert wird, ist die Führungsgröße I _O* des Kreisstroms im wesentlichen konstant, ebenso die Kreisströme der entsprechenden Phasen. Für den betrachteten Ausgangsstrom I _PU der positiven Umrichtergruppe 24 U-P der Phase U gibt es einen Betriebs-Zeitabschnitt mit (Laststrom + Kreisstrom) und einen Betriebs-Zeitabschnitt mit nur dem Kreisstrom. Die maximale Strom-Belastbarkeit des Umrichters ist verständlicherweise gegeben durch den Maximalwert innerhalb des erstgenannten Zeitabschnitts. Das bedeutet, daß die Strombelastbarkeit um den Betrag des Kreisstromes I _OU erhöht werden muß. Insbesondere bei Hochleistungs-Anlagen führt die Erhöhung der Strombelastbarkeit zu einer Zunahme der Zahl der Thyristoren. Diese Zunahme der Zahl der Thyristoren schadet sowohl der Wirtschaftlichkeit als auch der Zuverlässigkeit des Energieumwandlungssystems.

Die in den Fig. 3A und 3B gezeigte Regelanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung beseitigt das obengenannte Problem. Die Führungsgrößen I _OU*, I _OV* und I _OW* der Kreisströme werden in der Regelanordnung entsprechend den Gleichungen (1)-(3) gebildet.

Für die Durchführung der genannten Rechenoperationen werden die Summierschaltungen 37 U, 37 V und 37 W, die Verstärker 38 U, 38 V und 38 W, und die Multiplizierer 36 U, 36 V und 36 W eingesetzt.

Die Fig. 5A bis 5C zeigen Kurvenformen der Lastströme I _LU, I _LV und I _LW (Fig. 5A) der entsprechenden Phasen, wenn die Ströme, wie oben beschrieben, gebildet werden, die Kreisströme I _OU, I _OV und I _OW (Fig. 5B) und den Ausgangsstrom I _PU (Fig. 5C) der positiven Umrichtergruppe der Phase U. Wie aus den Kurvenformdarstellungen ersichtlich ist, ist die Führungsgröße I _O* des Integrators 35 der Blindleistungs- Regelschaltung im wesentlichen konstant, während die Führungsgrößen I _OU*, I _OV* und I _OW* der Kreisströme der entsprechenden Phasen in Übereinstimmung mit den Absolutwerten der Lastströme I _LU, I _LV und I _LW, wie oben beschrieben, variieren.

Betrachtet wird nur die Phase U. Wenn, wie in Fig. 5A und 5B gezeigt, der Absolutwert des Laststromes I _LU klein ist, wird die Führungsgröße I _OU* groß, um den Kreisstrom I _OU zu erhöhen. Wenn der Absolutwert des Laststromes I _LU groß ist, wird die Führungsgröße I _OU* klein, so daß nur ein Kreisstrom I _OU von geringem Betrag fließt. In der Phase V wird eine der der Phase U entsprechende Regelung jedoch mit einer Phasenverschiebung von 120° gegenüber der Phase U durchgeführt. In der Phase W erfolgt ein entsprechender Vorgang mit einer Phasenverschiebung von weiteren 120°.

Insgesamt ergibt sich, daß die Kreisströme I _OV und I _OW der Phasen V und W klein sind, wenn der Kreisstrom I _OU der Phase U groß ist. Umgekehrt sind die Ströme I _OV und I _OW groß, wenn der Strom I _OU klein ist. Auf diese Weise wirkt das Regelsystem so, daß es insgesamt die erforderliche Größe des Blindstromes einstellt.

Vom Ausgangsstrom I _PU der positiven Umrichtergruppe 24 U-P der Phase U her betrachtet, bedeutet dies, daß, wenn der Laststrom I _LU seinen Maximalwert Im hat (Fig. 5A), der Kreisstrom I _OU den Minimalwwert I _{O 1} (Fig. 5B) annimmt. Dementsprechend beträgt die maximale Strombelastbarkeit der positiven Umrichtergruppe, wie in Fig. 5C gezeigt, Im+I _{O 1}. Das Vorsehen eines variierenden Kreisstromes I _OU ermöglicht daher eine bemerkenswerte Reduzierung der Leistung des Direktumrichters. Das gleiche gilt für die übrigen Phasen.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich, daß der erfindungsgemäße Direktumrichter mit Blindleistungs-Kompensation den Leistungsfaktor für die Grundwelle seiner Stromversorgung steht auf den Wert 1 einregeln kann, ohne - wie üblich - eine spezielle Blindleistungs-Kompensationseinrichtung zu verwenden. Die Kreisströme der Direktumrichter der einzelnen Phasen werden so geregelt, daß der Kreisstrom klein ist, wenn der Absolutwert des Laststroms groß ist, und daß der Kreisstrom groß ist, wenn der Absolutwert des Laststroms klein wird. Dadurch wird die Strombelastung des Umrichters wesentlich reduziert.

Wenn auch in dem Ausführungsbeispiel ein dreiphasiger Direktumrichter beschrieben wurde, so ist doch offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung auf jeden zwei- oder mehrphasigen Direktumrichter, d. h. einen vielphasigen Umrichter, anwendbar ist.

Claims (3)

1. Verfahren zur Blindstromkompensation bei einem Direktumrichter mit Kreisstrom, der eine mehrphasige Last mit Wechselstrom versorgt und an den eingangsseitig ein die Phase vorschiebender Kondensator angeschlossen ist, bei dem der Kreisstrom wenigstens einer Phase so geregelt wird, daß die Gesamtblindleistung von Direktumrichter und Kondensator einen vorgegebenen Wert annimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisströme aller Phasen geregelt werden, wobei die Regelung des Kreisstroms in jeder Phase in Abhängigkeit vom Absolutwert des momentanen Laststroms dieser Phase derart erfolgt, daß der Kreisstrom einer Phase mit einem hohen Absolutwert des momentanen Laststroms klein und derjenige einer Phase mit geringem Absolutwert des momentanen Laststroms groß ist.

2. Vorrichtung zur Blindstromkompensation bei einem Direktumrichter mit Kreisstrom, der eine mehrphasige Last mit Wechselstrom versorgt und an den eingangsseitig ein die Phase vorschiebender Kondensator (22) angeschlossen ist, mit
einer Einrichtung (Blindleistungsrechenschaltung 32) zur Ermittlung der Gesamtblindleistung von Direktumrichter und Kondensator,
einer Einrichtung (33, 35) zur Bildung einer Gesamtkreisstromführungsgröße (I _O*) nach Maßgabe der mittels der Einrichtung (32) ermittelten Blindleistung,
einer Einrichtung (28 U, 26 U-3) zur Messung des Absolutwerts des Laststroms des Direktumrichters in jeder Phase,
einer Einrichtung (27 PU, 27 NU, 26 U-1, 26 U-2, 28 U, 26 U-4) zur Messung des Kreisstroms des Direktumrichters in jeder Phase,
mit einer Einrichtung (37 U-37 W; 38 U-38 W, 36 U-36 W) zur Erzeugung gesonderter Führungsgrößen für die Kreisströme der einzelnen Phasen nach Maßgabe der Gesamtkreisstrom-Führungsgröße (I _O*) und mit
einer Regelschaltung (26 U-5, K 1, 26 U-11, 26 U-13) zur Regelung des Kreisstroms in jeder Phase nach Maßgabe der Differenz des gemessenen Kreisstroms und der gesonderten Führungsgröße für den Kreisstrom,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung (37 U-37 W, 38 U-38 W, 36 U-36 W) zur Erzeugung der gesonderten Führungsgrößen (I _OW*, I _OV*, I _OU*) die Gesamtkreisstrom-Führungsgröße (I _O*) derart auf die gesonderten Führungsgrößen für die Kreisströme der einzelnen Phasen verteilt, daß der Kreisstrom einer Phase, in der der Absolutwert des momentanen Laststroms groß ist, klein wird, während der Kreisstrom einer Phase, in der der Absolutwert des momentanen Laststroms klein ist, groß wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (37 U-37 W, 38 U-38 W, 36 U-36 W) zur Erzeugung der gesonderten Führungsgrößen diese in einer durch die Gleichung ausgedrückten Abhängigkeit bildet, worin
I _OX* den Wert der erzeugten gesonderten Führungsgröße für den Kreisstrom der Phase X,
I _LX den Wert des gemessenen Laststroms der Phase X,
I _O* den Wert der Gesamtkreisstrom-Führungsgröße und
I _M eine Normierungsgröße, die etwas größer als der Maximalwert des Laststroms gewählt wird, bedeuten.