DE3150385C2 - Static network coupling for high performance for coupling a three-phase network with a higher frequency and a single-phase network with a lower frequency - Google Patents
Static network coupling for high performance for coupling a three-phase network with a higher frequency and a single-phase network with a lower frequencyInfo
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Abstract
Statische Netzkupplung für hohe Leistung zur Kupplung eines Dreiphasennetzes höherer Frequenz und eines Einphasennetzes mit niedrigerer Frequenz mit einem am Dreiphasennetz angeschlossenen frequenzuntersetzenden Direktumrichters mit einem dreiphasigen Ausgang, bei dem zwei Phasenausgänge mit dem Einphasennetz und jeweils über einen elektronischen Phasenschieber zur Symmetrierung der Last mit dem dritten Phasenausgang verbunden sind und einen zwischen den an das Einphasennetz angeschlossenen Phasenausgängen angeordneten elektronischen Phasenschieber mit Parallelkapazität für die gesamte Einphasenblindleistung besteht die Aufgabe, auch eine Energierücklieferung aus dem Einphasen- in das Dreiphasennetz ohne besonderen Schaltungsmehraufwand zu erreichen. Dies wird dadurch erreicht, daß die bei Rückspeisung der elektrischen Energie aus dem Einphasennetz erforderliche Phasenumkehr auf elektronischem Wege stetig durch Umschaltung der Steuerwinkel der Direktumrichter erfolgt. Besonderes Anwendungsgebiet ist die Bahnstromversorgung.Static network coupling for high performance for coupling a three-phase network with a higher frequency and a single-phase network with a lower frequency with a frequency-reducing direct converter connected to the three-phase network with a three-phase output, with two phase outputs connected to the single-phase network and each via an electronic phase shifter to balance the load with the third phase output and an electronic phase shifter with parallel capacitance for the entire single-phase reactive power, which is arranged between the phase outputs connected to the single-phase network, has the task of also achieving a return of energy from the single-phase to the three-phase network without additional circuitry. This is achieved in that the phase inversion required when the electrical energy is fed back from the single-phase network is continuously carried out electronically by switching over the control angle of the direct converters. A particular area of application is traction power supply.
Description
Die Erfindung betrifft eine statische Netzkupplung für hohe Leistung zur Kupplung ewies Dreiphasennetzes höherer Frequenz und eines Einphasennetzes mit niedrigerer Frequenz gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruchs.The invention relates to a static network coupling for high power to the coupling ewies three-phase network with higher frequency and a single-phase network lower frequency according to the preamble of the present claim.
Aus der DE-OS 29 39 514 ist eine »Vorrichtung zur Übertragung elektrischer Energie hoher Leistung aus einem dreiphasigen Versorgungsnetz höherer Frequenz in ein einphasiges Lastfietz niedrigerer Frequenz« bekannt, die zur Frequenzuntersetzu g Drchstrom-Direktumrichter verwendet, die ein Einphasennetz speisen, das nach dem bekannten Steinmetz-Verfahren mit verstellbaren Blindwiderständen kompensiert und Symmetrien wird.From DE-OS 29 39 514 a "device for the transmission of electrical energy of high power from a three-phase supply network of higher frequency in a single-phase Lastfietz lower frequency" is known, which uses for Frequencyuntersetzu g Drchstrom direct converters that feed a single-phase network that after known Steinmetz method with adjustable reactance compensated and symmetries is.
In der Fig. I ist eine derartige Schaltung angegeben. Die Direktumrichter 5,6,7 wandeln das Dreiphasennetz mit höherer Frequenz 13 in ein Dreiphasennetz mit niedrigerer Frequenz um und speisen über einen Transformator T, der zwischen die Ausgänge der Direktumrichter 5 und 6 geschaltet ist. das Einphasennetz 14 sowie zwei Saugkreise 8,9, die zwischen den Ausgängen der Direktumrichter 5 und 6 und 6 und 7 liegen und jeweils aus einem Kondensator und einer Drosselspule, in Reihe geschaltet, bestehen, und drei geschaltete Drosselspulen 10, 11, 12, deren Aufbau in Fig. la dargestellt ist und von denen die erste zwischen den Ausgängen der Direktumrichter 5 und 6, die zweite zwischen den Ausgängen der Direktumrichter 6 und 7 und die dritte zwischen den Ausgängen der Direkturnrichter 5 und 7 liegt.Such a circuit is shown in FIG. The direct converters 5,6,7 convert the three-phase network with a higher frequency 13 into a three-phase network with a lower frequency and feed via a transformer T which is connected between the outputs of the direct converters 5 and 6. the single-phase network 14 and two suction circuits 8, 9, which are between the outputs of the direct converters 5 and 6 and 6 and 7 and each consist of a capacitor and an inductor, connected in series, and three connected inductors 10, 11, 12, whose Structure is shown in Fig. La and of which the first between the outputs of the direct converters 5 and 6, the second between the outputs of the direct converters 6 and 7 and the third between the outputs of the direct converters 5 and 7.
Flinßt die elektrische Energie vom Dreiphasennetz zum Einphasennetz, müssen die Direktumrichter am Ausgang (Klemmen 1,2,3) ein rechtsdrehendes symmetrisches Spannungssystem erzeugen.The electrical energy flows from the three-phase network for a single-phase network, the direct converters must generate a clockwise symmetrical voltage system at the output (terminals 1, 2, 3).
Soll die Energierichtung umgekehrt werden, muß entweder der Saugkreis 9 /wischen die Anschlüsse 1 und 3 gelegt werden oder das speisende rcchtsdrchendc Drehfeid durch ein Vertauschen der Anschlüsse 2 und 3 in ein linksdrehendes verwandelt werden. Dies ist bei der Schaltungsanordnung gemäß der genannten Offenlegungsschrifi aber nicht vorgesehen. Bei der Vorrichtung zur Energieübertragung kann daher auch nicht von einer Netzkupplung gesprochen werden.If the direction of energy is to be reversed, either suction circuit 9 / must wipe connections 1 and 3 or the feeding right-hand rotary field by swapping connections 2 and 3 can be transformed into a counterclockwise one. However, this is not provided for in the circuit arrangement according to the aforementioned Offenlegungsschrift. In the case of the device for energy transmission, therefore, can also not be of a network coupling are spoken.
Es ist durch die DE-OS 20 30 222 eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der zwei elektrische Netze über einen Stromrichter verbunden sind, wobei die Spannung des ersten Netzes kleiner als die des zweiten Netzes istIt is known from DE-OS 20 30 222 a circuit arrangement in which two electrical networks over a converter are connected, wherein the voltage of the first network is lower than that of the second network Um Energie vom ersten zum zweiten Netz zu übertragen, sind in die Stränge des ersten Netzes zum Stromrichter Induktivitäten eingeschaltet, in die durch periodisches Kurzschließen bestimmter dieser Stränge Energie gespeichert wird, die dann während der Öffpungs-In order to transfer energy from the first to the second network, inductances are switched on in the strings of the first network to the converter, in which energy is stored by periodically short-circuiting certain of these strings, which is then stored during the opening zeit in das zweite Netz transportiert wirdtime is transported to the second network
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die durch die DE-OS 29 39 514 bekannte Vorrichtung zur Obertragung elektrischer Energie aus dem Dreiphasen- in das Einphasennetz so zu srweitern, daß eine EnergieThe object of the invention is that by DE-OS 29 39 514 known device for the transmission of electrical energy from the three-phase in to expand the single-phase network so that one energy rdcklieferung vom Emphasen- in das Dreiphasennetz ohne besonderen Schaltungsmehraufwand möglich istReturn delivery from the emphasis to the three-phase network is possible without special additional circuitry
Dies wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs aufgeführten Merkmale erreichtThis is achieved according to the invention by the features listed in the characterizing part of the patent claim
Es wird also die Phasenfolge in einem bestimmten Zeitpunkt durch Umschalten der Steuerfunktionen der Direktumrichter oc\(t), ai(t), oc-^i), vgl. F i g. 1, vertauscht Dabei sind zwei Bedingungen zu erfüllen:The phase sequence is thus determined at a certain point in time by switching over the control functions of the direct converters oc \ (t), ai (t), oc- ^ i), see FIG. 1, swapped Two conditions must be met:
1. Der Zeitverlauf der Ausgangsspannung ui2 zwischen den Direktumrichtern 5 und 6, VgL Fig. 1, muß von der Ph*senumschaltung unberührt bleiben. 2. Der Zeitverlauf der Ausgangsspannung U23 zwi1. The time course of the output voltage ui2 between the direct converters 5 and 6, VgL Fig. 1, must remain unaffected by the phase switching. 2. The time course of the output voltage U23 between sehen den Direktumrichtern 6 und 7, vgl. Fig. 1, muß bzgl. der Gi undschwingung stetig bleiben, damit in dem Kondensator in der Kompensationseinrichtung 9 keine unzulässig hohen Ausgleichsströme fließen.see the direct converters 6 and 7, see. Fig. 1, must remain constant with respect to the Gi undschwachse so that no unacceptably high compensating currents flow in the capacitor in the compensation device 9.
Die Ausgangsspannungen u)2, u2j, u3) (uz,: Ausgangsspannung zwischen den Direktumrichtern 7 und 5) werden aus den Strangspannungen u\, U2, U3 nach den GleichungenThe output voltages u ) 2 , u 2 j, u 3) (uz ,: output voltage between the direct converters 7 and 5) are derived from the phase voltages u \, U 2 , U3 according to the equations
U|2 = Ui-Ii2 U | 2 = Ui-Ii 2
U23 = U2-Ui U 23 = U 2 -Ui
t/31 = Uj-U)t / 31 = Uj-U)
gebildet. Die Bedingungen 1, 2 können erfüllt werden, wenn die Strangspannungen im Nulldurchgang von (Uz(Uj)=O) an der Senkrechten gespiegelt werden, vgl. F i g. 2, in der die bei t= tu an der Senkrechten gespiegelten Strangspannungen dargestellt sind. In diesem Zeitpunkt gilteducated. Conditions 1, 2 can be fulfilled if the phase voltages are mirrored at the vertical at the zero crossing of (Uz (Uj) = O), see FIG. 2, in which the phase stresses mirrored at t = t u on the vertical are shown. At this point in time applies
undand
u}(tu)" — u}(tu)u } (tu) "- u } (tu) U\(h:)= — u2(tu)U \ (h:) = - u 2 (tu) U2(Hi)=-u\(tu)U 2 (Hi) = - u \ (tu)
Daher ist ein stetiges Umschalten der Steuerfunktionen x,(t). *}(t), Λϊ(0 möglich. Nach dem Umschalten giltTherefore, there is a constant switching of the control functions x, (t). *} (t), Λϊ (0 possible. After switching, the following applies
U,(t>U, (t>
In)=—In) = -
Setzt man GL (7,8) in (1) ein, erkennt man, daß sich
nicht ändertIf you insert GL (7,8) in (1), you can see that
does not change
(10)(10)
(H)(H)
1010
(12)(12)
1515th
womit die Umkehrung des Drehsinjis gezeigt ist.which shows the reversal of the spin injis.
Fig.3 zeigt den Verlauf der Steuerfunktionen vor und nach der Umschaltung für sinusförmige Aussteuerung. In F i g. 2 sind die sich daraus ergebenden Strangspannungen eines dreiphasigen Zwölfpuls-Direktumrichiers dargesieilt3 shows the course of the control functions and after switching for sinusoidal modulation. In Fig. 2 are the resulting phase stresses a three-phase twelve-pulse direct converter
Bildet man nach den GIn. (1), (2), (3) die verketteten Spannungen, fallen die durch drei teilbaren Oberschwingungen heraus. Es ergeben sich die in F i g. 4 dargestellten Kurvenverläufe.If one forms according to the GIn. (1), (2), (3) the concatenated Voltages, the harmonics, which can be divided by three, drop out. The results in FIG. 4 shown Curves.
Die Simulationsergebnisse bestätigen die im Hinblick auf die Einhaltung der geforderten Bedingungen richtige Wahl des Umschaltzeitpunktes, der jeweils nach 772 wiederkehrt und eine elektronische Phasenumkehr mit einer Totzeit die gleich der halben Netzperiodendauer ist, erlaubtThe simulation results confirm the correct ones with regard to compliance with the required conditions Selection of the changeover time, which always returns after 772 and an electronic phase reversal with a dead time which is equal to half the network period duration is allowed
Das angegebene Verfahren zur Umkehrung der Phasenfolge ist selbstverständlich nicht auf die Phasen 2, 3 beschränkt Es kann durch zyklisches Vertauschen der Phasenber.ennungen auch auf die übrigen beiden Phasen 1,2 und 1,3 angewendet werden.The specified method for reversing the phase sequence is of course not applicable to phases 2 and 3 It can also be limited to the other two phases by cyclically swapping the phase names 1.2 and 1.3 are used.
Besondere Vorteile der statischen Netzkupplung gemäß der Erfindung bestehen darin, daß gegenüber der eingangs genannten bekannten Vorrichtung kein Mehraufwand an Schaltgeräten erforderlich ist, daß der Umschaltvorgang nur eine geringe Totzeit aufweist und keine Ausgleichsschwingungen nach dem Urmxhaltvorgang auftreten.Special advantages of the static network coupling according to of the invention consist in the fact that there is no additional expense compared to the known device mentioned at the beginning on switching devices it is necessary that the switching process has only a short dead time and no compensation oscillations after the original stop process appear.
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Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings
5050
5555
fcOfcO
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WO1993018567A1 (en) * | 1992-03-11 | 1993-09-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Electric enery transmission system |
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DE2939514A1 (en) * | 1979-09-28 | 1981-04-16 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | DEVICE FOR TRANSMITTING HIGH-PERFORMANCE ELECTRICAL ENERGY FROM A THREE-PHASE SUPPLY NETWORK HIGHER FREQUENCY TO A SINGLE-PHASE LOAD NETWORK LOWER FREQUENCY |
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- 1981-12-17 DE DE19813150385 patent/DE3150385C2/en not_active Expired
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