DE4126274A1 - Increasing thyristor utilisation in rectifier - forming effective, permitted, valve-rated current in rectifier in dependence on actual DC voltage at input - Google Patents
Increasing thyristor utilisation in rectifier - forming effective, permitted, valve-rated current in rectifier in dependence on actual DC voltage at inputInfo
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Abstract
Description
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zur Steigerung der Ausnutzung von Thyristoren in Stromrichtern mit eingeprägter Gleichspannung zur Kompensation von Blindleistung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention is based on a method for Increased utilization of thyristors in power converters with impressed DC voltage to compensate for Reactive power according to the preamble of patent claim 1.
Mit dem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus H. Häusler, Elektrotechnische Grundlagen des gleichspannungsseitig kommutierenden Stromrichters, Elektrotechnische Zeitschrift, Ausg. A, 90 (1969) H. 15, S. 363-367, bekannt ist. Dort wird in Verbindung mit 2 asynchronen Stromnetzen die Verwendung 6- und 12pulsiger Stromrichter zur Aufnahme und Abgabe von Blindleistung beschrieben. Da die Gleichspannungspolarität an den Anschlüssen des Stromrichters mit gleichspannungsseitiger Kommutierung unabhangig von der Energieflußrichtung ist, kann der Übergang vom Gleichrichterbetrieb zum Wechselrichterbetrieb und umgekehrt stetig und ohne Wendepoleinrichtungen stattfinden. Angaben über einen effektiv zulässigen Ventil- Nennstrom, der in der Regel kleiner als ein vom Bauelementehersteller vorgegebener, maximal zulässiger Ventil-Abschaltstrom ist, fehlen. With the preamble, the invention takes on a state of the Technology related, as he from H. Häusler, electrical engineering Basics of commutating on the DC side Power converter, electrical engineering magazine, edition A, 90 (1969) H. 15, pp. 363-367. There is in Connection with 2 asynchronous power grids use 6- and 12-pulse converter for receiving and dispensing Reactive power described. Because the DC polarity at the connections of the converter DC commutation independent of the Is the direction of energy flow, the transition from Rectifier operation for inverter operation and vice versa steadily and without reversing pole devices occur. Information about an effectively permissible valve Rated current, which is usually less than one from Component manufacturer specified, maximum permissible Valve shutdown current is missing.
Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, bei einem Verfahren zur Kompensation von Blindleistung den effektiv zulässigen Ventil-Nennstrom zu erhöhen, soweit dies vom Betrieb her ohne Einschränkung möglich ist.The invention as defined in claim 1 solves the problem with a method of compensating for Reactive power to the effective permissible nominal valve current increase insofar as this is operational without restriction is possible.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die in Stromrichtern als steuerbare Ventile verwendeten Thyristoren bei Blindstrombetrieb bis zur thermischen Grenze belastet werden können. Bei sonst gleicher Dimensionierung der Bauelemente kann der Stromrichter eine größere Blindleistung steuern. Dadurch lassen sich ggf. Kosten bei der Auslegung des Stromrichters sparen.An advantage of the invention is that the in Power converters used as controllable valves Thyristors in reactive current operation up to thermal Limit can be charged. Otherwise the same The converter can dimension the components control greater reactive power. If necessary, Save costs when designing the converter.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below with reference to embodiments play explained. Show it:
Fig. 1 eine 3phasige Stromrichter-Brückenschaltung mit einem wechselstromseitig angeschlossenen Transformator, Fig. 1 is a 3-phase inverter bridge circuit having an AC-side connected transformer,
Fig. 2a)-2f) Zündimpulsdiagramme für symmetrischen Betrieb des Stromrichters gemäß Fig. 1, FIG. 2a) -2f) Zündimpulsdiagramme for balanced operation of the power converter shown in FIG. 1,
Fig. 3a)-3c) Stromverteilungen auf Ventile der Phase R des Stromrichters gemäß Fig. 1 für einen um 90° nacheilenden sinusförmigen Laststrom, Fig. 3a) -3c) current distributions on valves of the R phase of the power converter shown in FIG. 1 for a 90 ° lagging sinusoidal load current,
Fig. 4a)-4c) Stromverteilungen auf Ventile der Phase R des Stromrichters gemäß Fig. 1 für einen um 270° voreilenden sinusförmigen Laststrom, FIG. 4a) -4c) current distributions on valves of the R phase of the power converter shown in FIG. 1 for a 270 ° leading sinusoidal load current,
Fig. 5 Netzspannung und Laststrom bei 6pulsigem Stromrichterbetrieb mit induktiver Blindlast und Fig. 5 mains voltage and load current in 6-pulse converter operation with inductive reactive load and
Fig. 6 Netzspannung und Laststrom bei 6pulsigem Stromrichterbetrieb mit kapazitiver Blindlast. Fig. 6 Mains voltage and load current in 6-pulse converter operation with capacitive reactive load.
Fig. 1 zeigt einen Stromrichter (1), der gleichstromseitig an einen Pluspol (4) und an einen Minuspol (5) einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle und wechselstromseitig über je eine Drossel bzw. Induktivität oder Streuinduktivität (LR, LS, LT) je Wechselstromphase (R, S, T) an einen Netztransformator bzw. Transformator (2) angeschlossen ist. Die Gleichspannungsquelle kann ein nicht dargestellter Gleichrichter sein. Zwischen den Minuspol (5) und den Pluspol (4) ist ein Kondensator (C) geschaltet, an dem eine aktuelle Gleichspannung (Ud) abfällt. Der Minuspol (5) kann geerdet sein. Fig. 1 shows a converter ( 1 ), the DC side to a positive pole ( 4 ) and a negative pole ( 5 ) of a DC voltage source, not shown, and the AC side via a choke or inductance or leakage inductance (L R , L S , L T ) per AC phase (R, S, T) is connected to a mains transformer or transformer ( 2 ). The DC voltage source can be a rectifier, not shown. A capacitor (C) is connected between the negative pole ( 5 ) and the positive pole ( 4 ), on which a current DC voltage (U d ) drops. The negative pole ( 5 ) can be grounded.
Der Stromrichter (1) weist 3 Brücken (1 Brücke/Phase) mit abschaltbaren GTO-Thyristoren bzw. Thyristoren (T1-T6) und dazu antiparallelen Dioden (D1-D6) in den Brückenzweigen auf. (iT1, iT2) bezeichnen Thyristorströme durch die Thyristoren (T1, T2), (iD1, iD2) Diodenströme durch die Dioden (D1, D2).The converter ( 1 ) has 3 bridges (1 bridge / phase) with GTO thyristors or thyristors (T 1- T 6 ) which can be switched off and diodes (D 1- D 6 ) which are antiparallel to them in the bridge branches. (i T1 , i T2 ) denote thyristor currents through the thyristors (T 1 , T 2 ), (i D1 , i D2 ) diode currents through the diodes (D 1 , D 2 ).
(UR, US, UT) bezeichnen Netzwechselspannungen eines 3phasigen Wechselstromnetzes (3) mit einer Wechselspannung von 360 V und einer Netzfrequenz von 47 Hz, die netzseitig am Transformator (2) anliegen. (IR) bezeichnet die Grundschwingung des Stromes der Phase (R) und (U1R) die Stromrichterwechselspannung der Phase (R).(U R , U S , U T ) denote AC line voltages of a 3- phase AC network ( 3 ) with an AC voltage of 360 V and a line frequency of 47 Hz, which are applied to the transformer ( 2 ) on the line side. (I R ) denotes the fundamental oscillation of the current of phase (R) and (U 1R ) the converter alternating voltage of phase (R).
In den Fig. 2a)-2f) sind für einen symmetrischen Betrieb des Stromrichters (1) nacheinander die Zünddiagramme der Thyristoren (T1, T6, T3, T2, T5, T4) dargestellt, wobei auf den Ordinaten die zugehörigen Thyristorströme (iT1, iT6, iT3, iT2, iT5, iT4) aufgetragen sind.In FIGS. 2a) -2f) of the converter (1) are presented successively Zünddiagramme of the thyristors (T 1, T 6, T 3, T 2, T 5, T 4) for symmetrical operation, wherein the on the ordinates associated thyristor currents (i T1 , i T6 , i T3 , i T2 , i T5 , i T4 ) are plotted.
Die Fig. 3a) und 4a) zeigen den Verlauf von Momentanwert des Phasenstromes (i) und Momentanwert der Phasenspannung (u) der Phase (R) für einen um einen Phasenwinkel ϕ = 90° nacheilenden bzw. für einen um ϕ = 270° voreilenden sinusförmigen Laststrom. Die Fig. 3b) und 3c) bzw. 4b) und 4c) zeigen die Stromverteilung auf die Ventile (T1, D1) bzw. (T2, D2) jeweils für ϕ = 90° bzw. 270°. Aus diesen Stromaufteilungen geht hervor, daß bei Blindlast der halbe Blindstrom von den ungesteuerten Ventilen (D1, D2) geführt wird.The Fig. 3a) and 4a) show the variation of the instantaneous value of the phase current (i) and the instantaneous value of the phase voltage (u) of the phase (R) for a φ a phase angle = 90 ° lagging or a leading to φ = 270 ° sinusoidal load current. The Fig. 3b) and 3c) and 4b) and 4c) show the current distribution on the valves (T 1, D 1) and (T 2, D 2) each for φ = 90 ° or 270 °. These current distributions show that half the reactive current is carried by the uncontrolled valves (D 1 , D 2 ) when the load is reactive.
Die Fig. 5 und 6 zeigen den Verlauf des Momentanwertes des Phasenstromes (i) und des Momentanwertes der Phasenspannung (u) der Phase (R) bei 6pulsigem Blindlast- Stromrichterberieb, konstanter Netzwechselspannung (UR) und einer konstanten Kurzschlußreaktanz x = 0,2 des Drehstromnetzes, ab der Anschlußklemme des Stromrichters (1) wechselspannungsseitig, für ϕ = 90°, d. h. induktiven Betrieb, bzw. ϕ = 270°, d. h. kapazitiven Betrieb. Man erkennt daraus, daß im Scheitelwert der Stromgrundschwingung (Nulldurchgang des Momentanwertes der Phasenspannung (u)) der Momentanwert des Ventilstromes (i) bei kapazitivem Betrieb mit ϕ = 270° erhöht und bei induktivem Betrieb mit ϕ = 90° erniedrigt wird. Bei rein induktivem Nennstrom ist der maximal auftretende 6pulsige Momentanwert des Ventilstromes (i) ca. 50% niedriger als der maximal auftretende Momentanwert des Ventilstromes bei kapazitivem Betrieb. FIGS. 5 and 6 show the variation of the instantaneous value of the phase current (i) and the instantaneous value of the phase voltage (u) of the phase (R) at 6pulsigem React.pow- power conversion legacy actuator, a constant AC line voltage (U R) and a constant short-circuit reactance x = 0.2 of the three-phase network, from the connecting terminal of the converter ( 1 ) on the AC side, for ϕ = 90 °, ie inductive operation, or ϕ = 270 °, ie capacitive operation. It can be seen from this that the peak value of the current fundamental (zero crossing of the instantaneous value of the phase voltage (u)) increases the instantaneous value of the valve current (i) in capacitive operation with 270 = 270 ° and in inductive operation with ϕ = 90 °. With a purely inductive nominal current, the maximum occurring 6-pulse instantaneous value of the valve current (i) is approx. 50% lower than the maximum occurring instantaneous value of the valve current during capacitive operation.
Bei rein 12pulsigem Betrieb reduziert sich dieser Unterschied bei gleicher Kurzschlußreaktanz x = 0,2 auf ca. 12% (nicht dargestellt).In the case of purely 12-pulse operation, this is reduced Difference at the same short-circuit reactance x = 0.2 approx. 12% (not shown).
Für einen Stromrichter (1) mit eingeprägter aktueller Gleichspannung (Ud) gemäß Fig. 1 berechnet man einen StromfaktorA current factor is calculated for a converter ( 1 ) with an impressed current DC voltage (U d ) according to FIG. 1
k = ITGQM/ILNrms = k₀ · k₁ · k₂ · k₃ = 2,39k = I TGQM / I LNrms = k₀ · k₁ · k₂ · k₃ = 2.39
mit:With:
ITGQM = vorgebbarer maximaler Ventilabschaltstrom,
ILNrms = effektiv zulässiger Ventilnennstrom,k₀ = = 1,41 = Scheitelwert der Grundschwingung,
k₁ = 1,4 = dynamische Stromänderung,
k₂ = 1,1 = Faktor für das Eingreifen eines nicht
dargestellten Strombegrenzers und
k₃ = 1,1 = Faktor für das Ansprechen einer nicht
dargestellten Notabschaltung.I TGQM = specifiable maximum valve shutdown current ,
I LNrms = effective permissible nominal valve current, k₀ = = 1.41 = peak value of the fundamental vibration,
k₁ = 1.4 = dynamic current change,
k₂ = 1.1 = factor for the intervention of a current limiter, not shown, and
k₃ = 1.1 = factor for the response of an emergency shutdown, not shown.
Dieser Faktor (k) wird unabhängig von der Betriebsweise des Stromrichters (1) angewandt. Für einen 3-kA-GTO-Thyristor beträgt der effektiv zulässige Ventilnennstrom ILNrms = 1,255 kA. Hierbei ist es ohne Bedeutung, ob der Stromrichter (1) grundfrequent oder höherfrequent getaktet wird.This factor (k) is applied regardless of the mode of operation of the converter ( 1 ). For a 3 kA GTO thyristor, the effective permissible nominal valve current I LNrms = 1.255 kA. It is irrelevant whether the converter ( 1 ) is clocked at a basic frequency or at a higher frequency.
Mit k1 = 1,4 ist eine Beanspruchung der Ventile durch einen
Netzkurzschluß bei maximaler aktueller Gleichspannung (Ud)
des Kondensators (C) abgedeckt. Die
Stromanstiegsgeschwindigkeit in einem eingeschalteten GTO-
Ventil ist hierbei durch die Formel
di/dt = Ud/L
gegeben, wobei t die Zeit und L die Summe der wirksamen
Induktivitäten im Kurzschlußpfad bedeuten.With k 1 = 1.4, a stress on the valves is covered by a mains short circuit at the maximum current direct voltage (U d ) of the capacitor (C). The rate of current rise in a switched-on GTO valve is given by the formula
di / dt = U d / L
given, where t is the time and L is the sum of the effective inductances in the short-circuit path.
Im stationären Betrieb ergibt sich die aktuelle
Gleichspannung Ud gemäß:
Ud = Ud0·(1-iq·x)
mit:
iq = Iq/IN (positives Vorzeichen für ϕ = 90°),
Iq = Blindstrom, IN = Laststrom bei Nennbetrieb, Ud0 =
Leerlaufgleichspannung bei iq = 0, Kuzschlußreaktanz
x = ω·L·IN/UX,
ω = Kreisfrequenz der Wechselstromgrundschwingung,
UX = Netzwechselspannung, bezogen auf einen nicht
dargestellten, geerdeten Sternpunkt des Transformators (2),
und X = eine der Wechselstromphasen (R, S, T).In stationary operation, the current DC voltage U d results from:
U d = U d0 · (1-i q · x)
With:
i q = I q / I N (positive sign for ϕ = 90 °),
I q = reactive current, I N = load current at rated operation, U d0 = open circuit DC voltage at i q = 0, short-circuit reactance
x = ωL · I N / U X ,
ω = angular frequency of the AC fundamental,
U X = AC mains voltage, based on an earthed neutral point of the transformer ( 2 ), not shown, and X = one of the AC phases (R, S, T).
Der Faktor k1 für die dynamische Stromänderung wird berechnet gemäß:The factor k 1 for the dynamic current change is calculated according to:
k₁ = [kS · (1 - iq · x)]/(1 + |iq| · x) = k₁′ · U d /Ud0 k₁ = [k S · (1 - i q · x)] / (1 + | i q | · x) = k₁ ′ · U d / U d0
mit:With:
kS = 1,4 = vorgebbarer Sicherheitsfaktor,
k₁′ = kS/(1 + |iq| · x) = Konstante für x = konstant und
ϕ = 90°.k S = 1.4 = predefinable safety factor,
k₁ ′ = k S / (1 + | i q | · x) = constant for x = constant and
ϕ = 90 °.
Bei induktivem Betrieb mit ϕ=90° beträgt der Faktor k₁: k₁=(1,4·0,8)/1,2=0,933.In inductive operation with ϕ = 90 °, the factor k₁ is: k₁ = (1.4 x 0.8) / 1.2 = 0.933.
Bei kapazitivem Betrieb mit ϕ=270° beträgt der Faktor k₁: k₁=(1,4·1,2)/1,2=1,4.For capacitive operation with ϕ = 270 °, the factor k₁ is: k₁ = (1.4 * 1.2) / 1.2 = 1.4.
Bei induktivem Betrieb mit ϕ=90° beträgt der Faktor k₁: k₁=(1,4·0,7)/1,3=0,754.In inductive operation with ϕ = 90 °, the factor k₁ is: k₁ = (1.4 x 0.7) / 1.3 = 0.754.
Bei kapazitivem Betrieb mit ϕ=270° beträgt der Faktor k₁: k₁=(1,4·1,3)/1,3=1,4.For capacitive operation with ϕ = 270 °, the factor k₁ is: k₁ = (1.4 x 1.3) / 1.3 = 1.4.
Die Ausnutzbarkeit eines GTO-Thyristors ist demnach im induktiven Betrieb theoretisch 50% höher als im kapazitiven Betrieb. Der Regelbereich eines Blindstromrichters kann dadurch um 25% vergrößert werden, wenn die thermische Belastbarkeit des Thyristors das zuläßt. Die hiermit getroffene Wahl des dynamischen Überstromfaktors (k1) ist insbesondere für Stromrichter (1) mit Grundschwingungstaktung immer noch konservativ, wie es an Fig. 5 zu erkennen ist. Die Gefahr eines zu hohen Stromes ist dabei umso größer, je höher die aktuelle Gleichspannung (Ud) und damit die Stromrichterspannung ist. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den dynamischen Strombemessungsfaktor (k1), der eine Reserve für das Abschaltvermögen darstellt, von der aktuellen Gleichspannung (Ud) abhängig zu machen.The usability of a GTO thyristor is therefore theoretically 50% higher in inductive operation than in capacitive operation. The control range of a reactive converter can be increased by 25% if the thermal load capacity of the thyristor allows this. The choice made in this way of the dynamic overcurrent factor (k 1 ) is still conservative, in particular for converters ( 1 ) with fundamental oscillation, as can be seen from FIG. 5. The higher the current DC voltage (U d ) and thus the converter voltage, the greater the risk of an excessive current. It is therefore proposed according to the invention to make the dynamic current measurement factor (k 1 ), which represents a reserve for the breaking capacity, dependent on the current DC voltage (U d ).
Es versteht sich, daß die Sicherheitsfaktoren kS, k2 und k3 um etwa 50% größer oder kleiner als oben angegeben gewählt werden können.It goes without saying that the safety factors k S , k 2 and k 3 can be chosen to be approximately 50% larger or smaller than indicated above.
Claims (9)
- a) welche Thyristoren (T1-T6) einen vorgebbaren maximalen Ventilabschaltstrom (ITGQM) aufweisen und
- b) bei Überschreiten eines effektiv zulässigen Ventilnennstromes (ILNrms) abgeschaltet bzw. stromlos gesteuert werden,
- a) which thyristors (T 1- T 6 ) have a predefinable maximum valve shutdown current (I TGQM ) and
- b) are switched off or are de-energized when an effectively permissible nominal valve current (I LNrms ) is exceeded,
- c) daß der effektiv zulässige Ventilnennstrom (ILNrms) der Thyristoren (T1-T6) im Stromrichter (1) in Abhängigkeit von einer aktuellen Gleichspannung (Ud) am Gleichspannungseingang (4, 5) des Stromrichters (1) gebildet wird.c) that the effectively permissible nominal valve current (I LNrms ) of the thyristors (T 1- T 6 ) in the converter ( 1 ) is formed as a function of a current DC voltage (U d ) at the DC voltage input ( 4 , 5 ) of the converter ( 1 ).
- a) in Abhängigkeit vom Scheitelwert der Grundschwingung (k0) des jeweiligen Phasenstromes (IR),
- b) insbesondere, daß er umgekehrt proportional zu gebildet wird.
- a) depending on the peak value of the fundamental (k 0 ) of the respective phase current (I R ),
- b) in particular that it is formed inversely proportional to.
- a) in Abhängigkeit von einem Sicherheitsfaktor (k2) für das Eingreifen eines Strombegrenzers,
- b) insbesondere, daß er umgekehrt proportional zu einem Sicherheitsfaktor k2 = 1,1 gebildet wird.
- a) depending on a safety factor (k 2 ) for the intervention of a current limiter,
- b) in particular that it is formed inversely proportional to a safety factor k 2 = 1.1.
- a) in Abhängigkeit von einem Sicherheitsfaktor (k3) für das Ansprechen einer Notabschaltung,
- b) insbesondere, daß er umgekehrt proportional zu einem Sicherheitsfaktor k3 = 1,1 gebildet wird.
- a) depending on a safety factor (k 3 ) for the response of an emergency shutdown,
- b) in particular that it is formed inversely proportional to a safety factor k 3 = 1.1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4126274A DE4126274A1 (en) | 1991-08-08 | 1991-08-08 | Increasing thyristor utilisation in rectifier - forming effective, permitted, valve-rated current in rectifier in dependence on actual DC voltage at input |
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DE4126274A Withdrawn DE4126274A1 (en) | 1991-08-08 | 1991-08-08 | Increasing thyristor utilisation in rectifier - forming effective, permitted, valve-rated current in rectifier in dependence on actual DC voltage at input |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4126274A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4420341C1 (en) * | 1994-06-01 | 1995-07-06 | Licentia Gmbh | Protection of thyristors of AC inverter drive circuit |
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SU1624598A1 (en) * | 1988-04-18 | 1991-01-30 | Институт проблем энергосбережения АН УССР | Method of dynamic compensation of non-active capacity components |
-
1991
- 1991-08-08 DE DE4126274A patent/DE4126274A1/en not_active Withdrawn
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