DE3814757A1

DE3814757A1 - DC voltage link having two capacitor units connected in series

Info

Publication number: DE3814757A1
Application number: DE19883814757
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl Ing Amelunxen
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Germany; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AG Germany; ABB AB
Priority date: 1988-04-30
Filing date: 1988-04-30
Publication date: 1989-11-09

Abstract

In this DC voltage link for supplying an invertor, two series-connected capacitor units (4, 5) are connected via their outer contacts directly, or via inductors (2, 3), to the DC terminals of a three-phase bridge rectifier (1). The AC terminals of the three-phase bridge rectifier (1) are connected to a three-phase mains. In order to symmetrise the capacitor units, the mid-point (12) of the capacitor units (4, 5) is connected to the emergent neutral point (11) of a three-phase compensated transformer (8) in zig-zag configuration. The outer terminals of the three-phase compensated transformer (8) are connected to the AC terminals of the three-phase bridge rectifier (1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichspannungszwi schenkreis mit zwei in Reihe liegenden Kondensatorein heiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a DC voltage circuit with two capacitors in series units according to the preamble of claim 1.

Aus der BBC-Druckschrift Nr. DAT 15 14 83bD Veritron-An triebsumrichter Typenreihe TWK, 1,5 kVA-70 KVA, Seite 5, Bild 3.2 ist ein Antriebsumrichter, bestehend aus einem eingangsseitigen, ungesteuerten Gleichrichter, einem Gleichspannungszwischenkreis und einem ausgangs seitigen Wechselrichter zur Speisung einer Drehstrom- Asynchronmaschine mit veränderbarer Frequenz und Ampli tude bekannt. In Fig. 1 ist eine ähnliche Anordnung, bestehend aus einem eingangsseitigen, mit einem Dreh stromnetz verbundenen Drehstrombrückengleichrichter 1 sowie einem Gleichspannungszwischenkreis mit zwei Induk tivitäten 2, 3 und zwei in Reihe liegenden Kondensator einheiten 4, 5 dargestellt. Jede Kondensatoreinheit 4, 5 besteht z.B. aus drei parallelgeschalteten Kondensato ren. Die Aufteilung der notwendigen Zwischenkreiskapa zität in zwei seriengeschaltete Kondensatoreinheiten hat den Vorteil, daß preisgünstige Kondensatoren mit niedri ger Spannungsfestigkeit eingesetzt werden können. Es ist jedoch erforderlich, die Spannungsaufteilung zwischen den Kondensatoreinheiten wegen unterschädlicher Leck ströme der Kondensatoren oder schaltungsbedingter Bela stung des Mittelpunktes (= gemeinsamer Verbindungspunkt) beider Kondensatoreinheiten zu steuern (Symmetrierung). Im allgemeinen werden hierzu ohmsche Widerstände 6, 7 parallel zu den Kondensatoreinheiten 4, 5 vorgesehen. Da diese Widerstände 6, 7 jedoch prinzipbedingt einen nen nenswerten Dauerstrom führen, wird der Wirkungsgrad der Gesamtschaltung hierdurch in nachteiliger Weise ver schlechtert.From the BBC publication no. DAT 15 14 83bD Veritron drive converter type series TWK, 1.5 kVA-70 KVA, page 5, Figure 3.2 is a drive converter consisting of an input-side, uncontrolled rectifier, a DC voltage intermediate circuit and an output-side inverter Known for feeding a three-phase asynchronous machine with variable frequency and Ampli. In Fig. 1, a similar arrangement consisting of an input-side, with a three-phase network connected three-phase rectifier 1 and a DC link with two inductivities 2 , 3 and two series capacitor units 4 , 5 is shown. Each capacitor unit 4 , 5 consists, for example, of three parallel-connected capacitors. The division of the necessary intermediate circuit capacity into two series-connected capacitor units has the advantage that inexpensive capacitors with low dielectric strength can be used. However, it is necessary to control the voltage distribution between the capacitor units due to the harmless leakage currents of the capacitors or circuit-related loading of the center (= common connection point) of both capacitor units (balancing). In general, ohmic resistors 6 , 7 are provided in parallel to the capacitor units 4 , 5 for this purpose. Since these resistors 6 , 7, however, inherently lead to a significant continuous current, the efficiency of the overall circuit is thereby adversely affected.

Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zu grunde, einen Gleichspannungszwischenkreis mit zwei in Reihe liegenden Kondensatoreinheiten der eingangs ge nannten Art anzugeben, der eine Symmetrierung der Kon densatoreinheiten mit einem verbesserten Gesamtwirkungs grad ermöglicht.Proceeding from this, the object of the invention reasons, a DC link with two in Row lying capacitor units of the beginning specified type, which a symmetrization of Kon capacitor units with an improved overall efficiency degree allows.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfinderungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is done in conjunction with the characteristics of the According to the invention, the generic term by the in the mark of the specified features solved.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins besondere darin, daß durch den Einsatz des Drehstrom- Spartransformators eine verlustfreie Spannungssymmetrie rung der Kondensatoreinheiten erzielt wird. Der zusätz liche Aufwand ist relativ geringfügig.The advantages that can be achieved with the invention are special in that through the use of the three-phase Autotransformer a lossless voltage symmetry tion of the capacitor units is achieved. The additional Liche effort is relatively minor.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims marked.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.The invention is based on the in the drawing illustrated embodiments explained.

Es zeigen:Show it:

Fig. 2 den erfindungsgemäßen Gleichspannungszwischen kreis mit zwei in Reihe liegenden Kondensator einheiten, Fig. 2 shows the DC voltage intermediate circuit according to the invention with two in series capacitor units,

Fig. 3 eine Variante der Kondensatoreinheiten. Fig. 3 shows a variant of the capacitor units.

In Fig. 2 ist der erfindungsgemäße Gleichspannungszwi schenkreis mit zwei in Reihe liegenden Kondensatorein heiten dargestellt. Es ist wiederum der über seine Wech selstromklemmen mit einem Drehstromnetz verbundene Dreh strombrückengleichrichter 1 mit an seinen Gleichstrom klemmen angeschlossenem Gleichspannungszwischenkreis zu erkennen. Der Drehstrombrückengleichrichter 1 kann ge steuert oder ungesteuert sein. Zwischen der negativen Eingangsklemme und der negativen Ausgangsklemme des Gleichspannungszwischenkreises ist eine Induktivität 2 sowie zwischen der positiven Eingangsklemme und der po sitiven Ausgangsklemme eine Induktivität 3 angeordnet. Zwischen positiver und negativer Ausgangsklemme des Gleichspannungszwischenkreises befindet sich die Reihen schaltung der z.B. jeweils aus drei parallelgeschalteten Kondensatoren bestehenden Kondensatoreinheiten (Konden satorbaugruppen) 4 und 5. Die mit den Ausgangsklemmen des Gleichspannungszwischenkreises verbundenen Klemmen der Kondensatoreinheiten sind als äußere Anschlüsse und der gemeinsame Verbindungspunkt der beiden Kondensator einheiten 4, 5 ist als Mittelpunkt 12 bezeichnet. An die Ausgangsklemnen des Gleichspannungszwischenkreises ist ein nicht dargestellter Wechselrichter angeschlossen.In Fig. 2, the DC voltage intermediate circuit according to the invention is shown with two capacitor units in series. It is again the three-phase bridge rectifier 1 connected via its AC terminals to a three-phase network with terminals connected to its direct current DC link. The three-phase bridge rectifier 1 can be controlled or uncontrolled. An inductor 2 is arranged between the negative input terminal and the negative output terminal of the DC voltage intermediate circuit, and an inductor 3 is arranged between the positive input terminal and the positive output terminal. Between the positive and negative output terminal of the DC link is the series connection of the capacitor units (capacitor assemblies) consisting of three parallel capacitors, for example. 4 and 5 . The terminals of the capacitor units connected to the output terminals of the DC link are external terminals and the common connection point of the two capacitor units 4 , 5 is referred to as the center point 12 . An inverter, not shown, is connected to the output terminals of the DC voltage intermediate circuit.

Zwischen den Wechselstromklemmen des Drehstrombrücken gleichrichters 1 und dem gemeinsamen Mittelpunkt 12 der beiden Kondensatoreinheiten 4, 5 ist ein Drehstrom-Spar transformator 8 mit Zickzack-Schaltungen der Wicklungen 9 A, 9 B, 9 C, 10 A, 10 B, 10 C und herausgeführtem Sternpunkt 11 vorgesehen. Die Wicklungen 9 A, 10 A bzw. 9 B, 10 B bzw. 9 C, 10 C sind jeweils auf einem gemeinsamen Schenkel des Transformators angeordnet. Die erste Klemme (= äußere Klemme) der Wicklung 9 A liegt an der ersten Wechsel stromklemme und die zweite Klemme dieser Wicklung 9 A ist mit der zweiten Klemme der Wicklung 10 B verbunden. Die erste Klemme (= äußere Klemme) der Wicklung 9 B ist an die zweite Wechselstromklemme angeschlossen und die zweite Klemme dieser Wicklung 9 B ist der zweiten Klemme der Wicklung 10 C zugeführt. Die erste Klemme (= äußere Klemme) der Wicklung 9 C liegt an der dritten Wechsel stromklemme und die zweite Klemme dieser Wicklung 9 C ist an die zweite Klemme der Wicklung 10 A angeschlossen. Die jeweils ersten Klemmen der Wicklungen 10 A, 10 B, 10 C sind zum herausgeführten Sternpunkt 11 verbunden.Between the AC terminals of the three-phase bridge rectifier 1 and the common center 12 of the two capacitor units 4 , 5 is a three-phase energy-saving transformer 8 with zigzag circuits of the windings 9 A , 9 B , 9 C , 10 A , 10 B , 10 C and led out Star point 11 is provided. The windings 9 A , 10 A and 9 B , 10 B and 9 C , 10 C are each arranged on a common leg of the transformer. The first terminal (= outer terminal) of the winding 9 A is connected to the first AC terminal and the second terminal of this winding 9 A is connected to the second terminal of the winding 10 B. The first terminal (= outer terminal) of winding 9 B is connected to the second AC terminal and the second terminal of this winding 9 B is fed to the second terminal of winding 10 C. The first terminal (= outer terminal) of winding 9 C is connected to the third AC terminal and the second terminal of this winding 9 C is connected to the second terminal of winding 10 A. The first terminals of the windings 10 A , 10 B , 10 C are connected to the star point 11 that is brought out.

Mit der in Fig. 2 beschriebenen Schaltungsanordnung wird die Symmetrierung der beiden Kondensatoreinheiten 4, 5 durch eine gleichspannungsmäßige Ankopplung an den be lastbaren Sternpunkt 11 des Drehstrom-Spartransformators 8 in ZN-Schaltung (siehe z.B. Guthmann/Pöhlmann/ Schnitt/Tettenborn/Wittwer, BBC-Taschenbuch für Schalt anlagen, 7. Auflage 1979, Girardet-Verlag, Essen, Seite 136 bis 137: Kennzeichnung ZN für Zickzack-Schaltung mit herausgeführtem Sternpunkt) verlustfrei bewirkt. Die Spannungsdifferenz zwischen dem Mittelpunkt 12 der Kon densatoreinheit 4, 5 und dem Sternpunkt 11 des Dreh strom-Spartransformators 8 ist eine reine Wechselspan nung mit dreifacher Netzfrequenz und kann daher von ei ner zwischen Mittelpunkt 12 und Sternpunkt 11 angeordne ten Induktivität 13 aufgenommen werden, die als Drossel spule mit Eisenkern sehr klein ausführbar ist.With the circuit arrangement described in FIG. 2, the symmetry of the two capacitor units 4 , 5 is achieved by a DC coupling to the loadable star point 11 of the three-phase autotransformer 8 in a ZN circuit (see, for example, Guthmann / Pöhlmann / Schnitt / Tettenborn / Wittwer, BBC -Taschenbuch für Schaltanlagen, 7th edition 1979 , Girardet-Verlag, Essen, pages 136 to 137: ZN marking for zigzag connection with the star point removed) without loss. The voltage difference between the center point 12 of the capacitor unit 4 , 5 and the star point 11 of the three-phase autotransformer 8 is a pure alternating voltage with three times the mains frequency and can therefore be taken from an inductor 13 arranged between the center point 12 and the star point 11 , which as a choke coil with an iron core is very small.

Bei schaltungsbedingter Belastung des Mittelpunktes 12 erweist sich die Ankopplung des Mittelpunktes 12 der Kondensatoreinheiten 4, 5 an den Sternpunkt 11 des Dreh strom-Spartransformators 8 wegen dessen geringer Bau größe als besonders vorteilhaft. With circuit-related loading of the center 12 , the coupling of the center 12 of the capacitor units 4, 5 to the star point 11 of the three-phase autotransformer 8 proves to be particularly advantageous because of its small size.

In Fig. 3 ist eine Variante der Kondensatoreinheiten dargestellt. Bei dieser Variante sind beispielhaft pro Kondensatoreinheit 4, 5 jeweils zwei Kondensatoren in Reihe und drei Kondensatoren parallelgeschaltet. Prinzi piell kann eine Kondensatoreinheit 4, 5 entweder aus einem einzigen Kondensator oder aus mehreren parallelge schalteten Kondensatoren oder aus mehreren in Reihe ge schalteten Kondensatoren oder aus mehreren Kondensatoren in Reihen- und Parallelschaltung bestehen.In Fig. 3 a variant of the capacitor units is illustrated. In this variant, two capacitors in series and three capacitors are connected in parallel per capacitor unit 4 , 5 , for example. In principle, a capacitor unit 4 , 5 can either consist of a single capacitor or of several capacitors connected in parallel or of several capacitors connected in series or of several capacitors connected in series and in parallel.

Claims

1. DC voltage intermediate circuit with two capacitor units lying in series, which are connected with their external connections directly or via inductors to the DC terminals of a three-phase bridge rectifier, the alternating current terminals of the three-phase bridge rectifier being operatively connected to a three-phase network, characterized in that the center point ( 12 ) of the two capacitor units (4, 5) to the lead-out star point (11) of a three-phase autotransformer (8) in a zigzag circuit is included, wherein the outer terminals of the three-phase autotransformer (8) are connected to the AC terminals of the three-phase bridge rectifier (1) .

2. DC voltage intermediate circuit according to claim 1, characterized in that an inductor ( 13 ) is provided between the center point ( 12 ) of the two capacitor units ( 4 , 5 ) and the star point ( 11 ) of the three-phase autotransformer ( 8 ).

3. DC voltage intermediate circuit according to claim 1 and / or 2, characterized in that each capacitor purity ( 4 , 5 ) consists of several capacitors connected in parallel capacitors.

4. DC voltage intermediate circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that each condenser unit ( 4 , 5 ) consists of several capacitors connected in series.