DE4243191A1

DE4243191A1 - Schaltungsanordnung zur sinusförmigen Stromaufnahme eines Gleichrichters aus einem Mehrphasennetz

Info

Publication number: DE4243191A1
Application number: DE4243191A
Authority: DE
Inventors: Igor Dipl Ing Merfert
Original assignee: Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Current assignee: Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Priority date: 1992-12-19
Filing date: 1992-12-19
Publication date: 1994-06-23

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine prinzipielle Anordnungsvariante für eine Gleichrichterschaltung in einem Mehrphasensystem und kann somit mit allen Schaltungen betrieben werden, die ihre Elektroenergie aus einem Mehrphasennetz beziehen um sie anschließend gleichzurichten (Motorantriebe, Technologische Stromquellen, Stromversorgungen höherer Leistungen allgemein usw.).

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß Gleichrichterschaltungen einen nicht sinusförmigen Stromverlauf im Netz verursachen. So besteht beispielsweise der Netzstrom einer Sechspulsbrücke bei Spannungszwischenkreis aus zwei Stromspitzen je Halbwelle (Abb. 1). Diese Oberwellenbelastung wird i. A. mit Netzfiltern herabgesetzt. Jedoch erweist sich der Einsatz von Netzfiltern als negativer Einfluß auf die Impedanz des Netzes, die dadurch weiterhin verschlechtert wird. Dies schlägt sich in einem verstärkten Abfall der Ausgangskennlinie des Gleichrichters nieder. Probleme bei derartigen Gleichrichtern bereiten auch Netzüber- oder Netzunterspannungen. Insbesondere wenn nach der Gleichrichtung leistungselektronische Bauelemente verwendet werden, macht sich eine gewisse Spannungsüberdimensionierung für diese Bauteile notwendig. Eine wirksame Methode, die genannten negativen Einflüsse zu eliminieren, ist, die Lastspannung aktiv zu stellen (EP 0 410 088) (Abb. 2). Trotz der hervorragenden Eigenschaften dieser Stellmöglichkeit bleibt ein wesentlicher Aspekt außer Acht. Die Netzströme eines derart geschalteten Mehrphasengleichrichters sind nichtsinusförmig. Daher muß auch hier ein sinusförmiger Netzstromverlauf durch passive Filtereinrichtungen erzwungen werden und der cosΦ bleibt elektronisch unberücksichtigt.

Der Einsatz von Gleichrichterschaltungen mit sinusförmigem Stromverlauf für einphasige Verbraucher ist ebenfalls bekannt (Abb. 3). Dabei schaltet ein Hochsetzsteller auf das gleichgerichtete Netz derart, daß an der Last ein gleichgerichteter Sinusstrom fließen kann. Alle erwähnten negativen Erscheinungen bei der Gleichrichtung des Netzes werden damit umgangen. Jedoch scheitert diese Schaltungsanordnung beim Einsatz in einem Mehrphasensystem, da kein Schaltungspunkt zu finden ist, der auf eine gemeinsame Last bei mehrfachem Einsatz der Schaltung zusammengeschaltet werden kann.

Ziel der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung den nichtsinusförmigen Stromverlauf von Mehrphasengleichrichtern durch eine Gleichrichterschaltung mit sinusförmigem Stromverlauf zu ersetzen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein sinusförmiger Verlauf des Netzstromes eines Gleichrichters in einem Mehrphasensystem nur durch sinusförmige Stromentnahme zwischen zwei Phasen leistungselektronisch sinnvoll umsetzbar ist, nicht jedoch bei Entnahme eines Sinusstromes zwischen Phase und Nulleiter. Des weiteren wurde festgestellt, daß eine Verkopplung dieser einzelnen Sinusströme, wie erwähnt zwischen den Phasen, erfindungsgemäß über Dioden zur Last erfolgen muß und auch im Rückflußzweig des gleichgerichteten Sinusstromes eine weitere Induktivität angeordnet werden muß, da sonst die Funktionsweise einer solchen Mehrphasengleichrichtung mit sinusförmiger Stromaufnahme nicht gegeben ist. Durch die erwähnten Kopplungsdioden und die erfindungsgemäße Teilung der Induktivität ist eine Schaltungsanordnung gefunden, die die einzelnen gleichgerichteten und leistungselektronisch gesteuerten Sinusströme erst über der Last zum gemeinsamen Laststrom summiert werden.

Ausführungsbeispiel

In Abb. 4 ist eine bevorzugte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt. Am 380 V-Dreiphasennetz sind jeweils zwischen den Leitern L1, L2 und L2, L3 und L3, L1 je eine Zweiphasenbrücke geschaltet, in deren Gleichstrompfad eine Induktivität L1 (L3, L5) ein Transistor T1 (T2, T3) und eine weitere Induktivität L2 (L4, L6) geschaltet sind. Am Kollektoranschluß des Transistors T1 (T2, T3) ist eine Diode D13 (D15, D17) mit ihrer Anode zum Transistor und mit ihrer Kathode an den "Plus"-Anschluß der kapazitiv belasteten Last (C) geschaltet. Am "Minus"-Anschluß der Last ist die Diode D14 (D16, D18) mit ihrer Anode angeschlossen und ihre Kathode mit dem Emitter des Transistors T1 (T2, T3). Die Transistoren werden in einer Hochsetzstellerschaltung geregelt betrieben, das heißt, daß sie je nach gefordertem Momentanwert des aktuellen Leiter-Leiter-Stromes mit einem Teilverhältnis ungleich Null und Eins betrieben werden. Für größere Momentanwerte des Stromes wird ein höheres Tastverhältnis geregelt, für niedere Stromwerte ein geringeres. Die Sollwertvorgabe einer solchen Regelschaltung erfolgt synchron zum speisenden Netz, das heißt, daß die Stromsollwerte proportional der gleichgerichteten Leiter-Leiter-Spannung zwischen den Phasen, multipliziert mit dem Faktor der aktuellen Leistungsaufnahme der Lastschaltung bzw. der Regelabweichung der Zwischenkreisspannung bzw. des Zwischenkreisstromes vom Sollwert, gewonnen werden.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur sinusförmigen Netzstromaufnahme eines Gleichrichters aus mehrphasigen Spannungsnetzen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei Phasen eines Mehrphasensystems eine Zweipulsbrücke, bestehend aus den Dioden D1 bis D4 geschaltet ist, in deren Gleichstrompfad beginnend an den Kathoden des Zweipulsgleichrichters eine Reihenschaltung aus einer Induktivität L1, einem Halbleiterschalter T und wiederum einer Induktivität L2 angeordnet ist, wobei die Induktivität L2 mit den Anoden des Zweipulsgleichrichters verbunden ist. Jeweils an der Anode des Halbleiterschalters T ist eine weitere Diode D5 mit ihrer Anode angeordnet und an der Kathode des Halbleiterschalters T ist eine Diode D6 mit ihrer Kathode angeordnet. Die beiden Dioden D5 und D6 sind mit der Last verbunden, derart, daß die Diode D5, die mit ihrer Anode an den Halbleiterschalter und mit ihrer Kathode auf den Plus-Anschluß der Last angeschlossen ist, und die Diode D6, die mit der Kathode an den Halbleiterschalter geschaltet ist, mit ihrer Anode zum Minus-Anschluß der Last geschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Stellung in einem Dreiphasensystem dreimal verwendet wird und in einem Mehrphasensystem in einer Anzahl und Beschaltung, die identisch den sich nicht wiederholenden Verbindungslinien zwischen allen Phasen ist und alle Teilschaltungen mit den Dioden D5 und D6 entsprechend der Polaritätsmarkierung der Last parallel geschaltet werden.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter T getaktet (pulsweitenmoduliert oder frequenzmoduliert) betrieben wird. Die Ansteuerung der einzelnen Transistoren kann in Phase zu den jeweiligen Leiter-Leiter-Spannungen oder aber nur synchron zum Netz erfolgen.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Phasen eines Mehrphasensystems über Entstörfilter geführt werden, insbesondere daß diese Entstörfilter ausschließlich durch Kapazitäten in jeder Kombination zwischen den einzelnen Phasen gebildet werden.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Last dieses Gleichrichters ein Verbraucher mit Stromquelleneigenschaften (Gleichstromzwischenkreis), mit Spannungsquelleneigenschaften (Gleichspannungszwischenkreis) oder mit ohmschen Verhalten geschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter T ein bipolarer Leistungstransistor, ein IGBT oder ein MOSFET ist und mit einer Entlastungsschaltung, wie auch die Dioden, die die Verbindung vom Halbleiterschalter zur Last herstellen, versehen werden kann.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Bauteile, insbesondere auch die Steuer- und/oder Regelschaltung oder aber nur die Halbleiterbauteile in Modulform oder integriert ausgeführt werden können und/oder sich als Parallelschaltungen mehrerer Halbleiterbauelemente darbieten.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastspannung einer solchen Gleichrichterschaltuung höher geregelt ist, als die ideelle Leerlaufausgangsspannung des entsprechenden vollpulsigen Brückengleichrichters eines beliebigen Mehrphasensystems, um Netzspannungsschwankungen voll ausregeln zu können und die nachfolgende Schaltung mit Spannungsobergrenze der geregelten Lastspannung zu dimensionieren.