DE4307607C2 - Schaltungsanordnung zur gleichmäßigen Stromaufteilung bei der Parallelschaltung von Teil-Gleichrichtergruppen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist bekannt durch das unten genannte Buch von H. Anschütz.

Bei Gleichrichter-Unterwerken zur Versorgung von Gleichstrombahnen werden üblicherweise quasi- 12-Puls-Schaltungen mit zwei Teil- Gleichrichtern und zwei Transformatoren unterschiedlicher Schaltgruppe, z. B. Yy0 und Dy5, eingesetzt. Hierbei werden, z. B. bei der oft angewendeten 750-V-Systemspannung, die beiden Teilgleich­ richter parallelgeschaltet. Diese Schaltung ergibt zwar einen quasi- 12-Puls-Betrieb hinsichtlich der Beanspruchung für den Netzanschlußpunkt, ist aber anfällig für die Unsymmetrien der Transformator-Kurzschlußspannung der beiden Transformatoren, die sich insbesondere durch eine unterschiedliche Belastung der beiden Teil-Gleichrichter auswirkt. Auch wirken sich die vorhandenen Netzoberschwingungen des Netzanschlußpunktes ungünstig auf die Kommutierungszeitpunkte der beiden Teil- Gleichrichter aus.

Es ist aus der Literatur bekannt, daß bei Antriebsregelungen mit mehreren parallelgeschalteten gesteuerten Drehstrombrücke zur gleichmäßigen Belastung aller Anlagenteile jeder Teilstromrichter eine eigene Stromregelung erhält. Es ist auch bekannt, daß zur Verringerung der negativen Auswirkungen der unterschiedlichen Kommutierung der Ventilströme der Teil-Gleichrichter diese über Kopplungsdrosseln mit Mittelanzapfung miteinander gekoppelt werden (vgl. K Lappe, Thyristor-Stromrichter für Antriebsrege­ lungen, Verlag Technik Berlin, 3., unveränderte Auflage 1970, S. 197 bis 203). Zur besseren Stromaufteilung bei der Parallelarbeit von Gleichrichtern werden sogenannte Anodendrosseln beschrieben, deren Wicklungen bei der Parallelschaltung von mehreren Gleichrichtern zur Erhöhung der Leistung, zwischen die Wicklungen eines Transformators und die Anoden der Gleichrichter geschaltet werden. Dadurch wird bekanntermaßen eine nahezu gleichmäßige Stromaufteilung auf die Gleichrichter erreicht (vgl. Anschütz, 11 Stromrichteranlagen der Starkstromtechnik, Berlin/Göttingen/Heidelberg: Springer-Verlag, 1951, Seite 11 bis 15 und Dornheim, H. Die Parallelarbeit von Gleichrichtern mit Anodendrosseln in: elektronische Rundschau Nr. 9/1958, S. 315 bis 318).

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Unsymmetrie, die durch die unterschiedlichen Kurzschlußspannungen der beiden Transformatoren (zulässige Abweichungen ± 10%) verursacht wird, mit einfachen Mitteln zu minimieren.

Gleichzeitig soll der Einfluß der Oberschwingungen des Netzanschlußpunktes, der sich durch unterschiedliche Kommutierung der Teil-Gleichrichter auswirkt, verringert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der gattungsgemäßen Schaltungsanordnung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

In die Anordnung der Teil-Gleichrichtergruppen, die jeweils aus mindestens einem Transformator und einem Teil-Gleichrichter bestehen, die auf der Gleichstromseite parallelgeschaltet sind, wird je Phase eine Stromteiler-Drossel, mit mindestens einer Wick­ lung je Teil-Gleichrichtergruppe, zwischen Netzanschlußpunkt und den Teil-Gleichrichtern, in Reihe mit den beiden Transformatoren, angeordnet.

Die Stromrichter-Drosseln sind derart gestaltet und angeordnet, daß jede Stromrichter-Drossel von den Strömen gleicher Phasenlage der Teil-Gleichrichtergruppen durchflossen wird und die Windungszahl der Wicklungen, zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Stromauf­ teilung, entsprechend den Schaltgruppender Transformatoren und /oder dem Verhältnis der Leistungen der Teil-Gleichrichtergruppen gewählt wird.

Vorzugsweise sind die Wicklungen auf den Schenkeln der Strom­ teiler-Drosseln gleichmäßig verteilt.

Im Kernfenster der Stromteiler-Drosseln wird durch den guten magnetischen Schluß dynamisch ein Gleichgewicht der Durchflu­ tungen erzwungen, so daß sich vorhandene unterschiedliche Trans­ formatorimpedanzen nicht auf die Teil-Gleichrichterströme auswir­ ken.

Die Windungszahl der Wicklungen der Stromteiler-Drosseln wird entsprechend der Spulenspannung, bei unterschiedlicher Schalt­ gruppe der Transformatoren bzw. dem Verhältnis der Leistungen der parallelgeschalteten Teil-Gleichrichtergruppen gewählt.

Die Stromteiler-Drosseln können vorteilhafterweise eine dritte Wicklung aufweisen, wobei jeweils ein Wicklungsende mit einem passiven Zweipol, bestehend aus einem Widerstand und/oder einer Induktivität und/oder einer Kapazität , verbunden ist und die anderen Wicklungsenden untereinander verbunden sind.

Anstelle des passiven Zweipols kann aber auch ein aktiver Zwei­ pol, bestehend aus den vorgenannten Elementen und einer Span­ nungsquelle, vorzugsweise mit der 5. und 7. Oberschwingung vorge­ sehen werden, wodurch die gesamte Gleichrichteranlage die gering­ sten Oberschwingungen erzeugt.

Es ist unerheblich, ob die Stromteiler-Drosseln auf der Einspei­ seseite der Transformatoren (primärseitig) oder zwischen den Transformatoren und den Teil-Gleichrichtern (sekundärseitig) an­ geordnet sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 Schaltung der Stromteiler-Drosseln für Parallelschaltung von zwei Teil-Gleichrichtergruppen,

Fig. 2 aktiver Zweipol mit maximaler Beschaltung,

Fig. 3 Schaltungsanordnung mit Stromteiler-Drosseln beim Einsatz auf der Einspeiseseite der Transformatoren mit den Schaltgruppen Yy0 und Yd5,

Fig. 4 Schaltungsanordnung mit Stromteiler-Drosseln beim Einsatz auf der Gleichstromseite der Transformatoren mit den Schaltgruppen Yy0 und Yd5.

In der Fig. 1 sind die drei Stromteiler-Drosseln für den Anwen­ dungsfall der Speisung aus einem Drehstromnetz und der Parallel­ schaltung von zwei Teil-Gleichrichtergruppen dargestellt. Jede der drei Stromteiler-Drosseln a, b und c weist drei Wicklungen a1, a2, a3; b1, b2, b3; c1, c2, c3 auf. Die Wicklungen jeder Stromteiler-Drossel sind vorteilhafterweise gleichmäßig auf den Schenkein eines geschlossenen Eisenkerns verteilt, um einen guten magnetischen Schluß zu erreichen. Durch die jeweils ersten und zweiten Wicklungen a1 und a2 bzw. b1 und b2 bzw. c1 und c2, die jeweils gegenläufig gewickelt sind, fließen jeweils die Ströme gleicher Phasenlage der beiden Teil-Gleichrichtergruppen, wodurch infolge des guten magnetischen Schlusses im Kernfenster der je­ weiligen Stromteiler-Drossel a, b, c dynamisch ein Gleichgewicht der Durchflutungen erzwungen wird, so daß in den zusammenge­ hörigen Wicklungen a1 und a2, b1 und b2, c1 und c2 gleiche Ströme fließen.

Die Windungszahl der jeweils ersten und zweiten Wicklung a1 und a2, b1 und b2, c1 und c2 richtet sich nach den Schaltgruppen der Transformatoren T1 und T2 bzw. den Leistungen der beiden Teil- Gleichrichtergruppen.

Die jeweils dritten Wicklungen a3, b3 und c3 der Stromteiler- Drosseln a, b und c sind für den Anschluß eines Zweipols vorge­ sehen, wobei die einen Wicklungsenden über die Klemmen a32, b32 und c32 zu einem Stern zusammengeschaltet sind, ihre Windungs­ zahlen richten sich nach den Größen des Zweipols Z.

Fig. 2 zeigt die allgemeine Ausführung eines aktiven Zweipols Z mit maximaler Beschaltung, wobei hier vorzugsweise die Kondensa­ toren G entfallen können und die Impedanz aus dem Widerstand R und der Induktivität L einen Mindestwert haben muß, um die Strom­ teiler-Drossel flußmäßig nicht kurzzuschließen. Die Anschlüsse des Zweipols Z sind mit den freien Wicklungsenden a31, b31 und c31 der dritten Wicklungen a3, b3 und c3 der Stromteiler-Drosseln a, b und c verbunden, wodurch eine Beeinflussung der Ströme in den ersten und zweiten Wicklungen a1, a2; b1, b2; c1, c2 der Stromteiler-Drosseln a, b und c erfolgt und die Kommutierung der Ventilströme in den Teil-Gleichrichtern G1 und G2 in Richtung einer Egalisierung günstig beeinflußt wird. Bei der Verwendung einer Spannungsquelle E mit der 5. und der 7. Oberschwingung erzeugt die gesamte Gleichrichtergruppe die geringsten Ober­ schwingungen. Es sind Minderungen in der 11. und der 13. Ober­ schwingung am Netzanschlußpunkt von mindestens 1 : 5 erreichbar.

In der Fig. 3 ist die Anordnung der Stromteiler-Drosseln a, b und c in einem Gleichrichter-Unterwerk zur Versorgung von Gleich­ strombahnen bei Parallelschaltung von zwei Teil-Gleichrichter­ gruppen dargestellt. Die Stromteiler-Drosseln a, b und c liegen in Reihe zwischen den Einspeiseleitungen L1, L2, L3 eines Dreh­ stromnetzes und den Stromrichtertransformatoren T1 und T2, die zur Realisierung eines quasi-12-Puls-Betriebes die Schaltgruppen Yy0 und Yd5 aufweisen. Die Teil-Gleichrichter G1 und G2 sind parallelgeschaltet und bilden mit den jeweiligen Transformatoren T1 und T2 jeweils eine Teil-Gleichrichtergruppe.

Die Einspeisung der Transformatoren T1 und T2 erfolgt derart, daß die erste Phase des Drehstromnetzes über die Einspeiseleitung L1 und die erste Wicklung a1 der ersten Stromteiler-Drossel a zur Anschlußklemme U1 des Transformators T1 geführt wird und parallel über die zweite Wicklung a2 der ersten Stromteiler-Drossel a zur Anschlußklemme U2 des Transformators T2 geführt wird. Die zweite Phase des Drehstromnetzes wird über die Einspeiseleitung L2 und die erste Wicklung b1 der zweiten Stromteiler-Drossel b zur An­ schlußklemme V1 des Transformators T1 geführt und parallel über die zweite Wicklung b2 der zweiten Stromteiler-Drossel b zur Anschlußklemme V2 des Transformators T2 geführt. Der Anschluß der dritten Phase des Drehstromnetzes erfolgt von L3 zu W1 und W2 der Transformatoren T1 und T2 in analoger Weise.

Der Anschluß der Teil-Gleichrichter G1 und G2, die als Drehstrom­ brücken ausgeführt sind, erfolgt an die Sekundärseiten der Trans­ formatoren T1 und T2 in bekannter Weise.

In der dargestellten Anordnung sind die Primärwicklungen der Transformatoren T1 und T2 gleichermaßen in Stern geschaltet, wodurch primärseitig in beiden Transformatoren T1 und T2 gleiche Spannungsverhältnisse bestehen. Das bedeutet, daß zur Erzielung gleicher Ströme in den Stromteiler-Drosseln a, b, c die Windungs­ zahlen der jeweiligen ersten und zweiten Wicklungen a1 und a2, b1 und b2, c1 und c2 jeweils gleich sind, vorausgesetzt beide Teil- Gleichrichtergruppen haben die gleiche Leistung.

Bei der Nachrüstung bereits installierter Anlagen kann die An­ ordnung der Stromteiler-Drosseln derart erfolgen, daß beispiels­ weise die Sternpunkte der Primärwicklungen der Transformatoren T1 und T2 aufgetrennt werden und die Wicklungen der Stromteiler- Drosseln a, b, c, wie vorstehend beschrieben, mit den Primär­ wicklungen der Transformatoren T1 und T2 in Reihe geschaltet werden und die Sternpunkte durch Verbinden der Wicklungen a1, b1, c1 sowie a2, b2, c2 wieder hergestellt werden.

Fig. 4 zeigt die Anordnung der Stromteiler-Drosseln a, b, c in einer anderen Variante der Bahnstromversorgung gemäß Fig. 3. In diesem Beispiel sind die Stromteiler-Drosseln auf der Gleich­ stromseite der Transformatoren T1 und T2, die ebenfalls die Schaltgruppen Yy0 und Yd5 haben, angeordnet. Die Transformatoren T1 und T2 sind direkt an die Leitungen L1, L2, L3 eines Dreh­ stromnetzes angeschlossen. Die Teil-Gleichrichter G1 und G2 sind ebenfalls als Drehstrombrücken ausgeführt.

Da die Stromteiler-Drosseln sekundärseitig an die Transformatoren angeschlossen sind, deren eine Sekundärwicklung in Stern, die andere aber in Dreieck geschaltet ist, muß bei dieser Anordnung die sekundärseitige Dreieckwicklung des Transformators T2 derart aufgetrennt werden, daß die Ströme gleicher Phasenlage der Sekundär­ wicklungen der Transformatoren T1 und T2 den entsprechenden Wick­ lungen a1 und a2, b1 und b2, c1 und c2 der Stromteiler-Drosseln a, b und c zugeordnet werden können. Die Verschaltung der aufge­ trennten sekundärseitigen Dreieckwicklung des Transformators T2 mit den Stromteiler-Drosseln a, b, c erfolgt gemäß Fig. 4 wie folgt:

Die erste Sekundärwicklung des Transformators T2 wird über die Klemmen u2 und a21 mit der zweiten Wicklung a2 der Stromteiler- Drossel a in Reihe geschaltet. Der erste aufgetrennte Dreieck­ punkt wird über die Klemmen u22 und a22 mit dem anderen Ende der Wicklung a2 und dem ersten Eingang av2 des zweiten Teil-Gleich­ richters G2 verbunden.

Die zweite Sekundärwicklung des Transformators T2 wird über die Klemmen v2 und b21 mit der zweiten Wicklung b2 der Stromteiler- Drossel b in Reihe geschaltet. Der zweite aufgetrennte Dreieck­ punkt wird über die Klemmen v22 und b22 mit dem anderen Ende der Wicklung b2 und dem zweiten Eingang av2 des zweiten Teil-Gleich­ richters G2 verbunden.

Die dritte Sekundärwicklung des Transformators T2 wird über die Klemmen w2 und c21 mit der zweiten Wicklung c2 der Stromteiler- Drossel c in Reihe geschaltet. Der dritte aufgetrennte Dreieck­ punkt wird über die Klemmen w22 und c22 mit dem anderen Ende der Wicklung c2 und dem dritten Eingang aw2 des zweiten Teil-Gleich­ richters G2 verbunden.

Die Verbindung der in Sternpunkt geschalteten Sekundärwicklung des Transformators T1 erfolgt in analoger Weise zu Fig. 3, daß die jeweils ersten Wicklungen a1, b1, c1 der Stromteiler-Drosseln a, b, c in Reihe zu den drei Sekundärwicklungen des Transforma­ tors T1 und den entsprechenden Eingängen des Teil-Gleichrichters G1 geschaltet werden, wobei jeweils folgende Klemmen verbunden werden:

u1-a11 und a12-au1
v1-b11 und b12-av1
w1-c11 und c12-aw1.

Da die Sekundärseiten der Transformatoren T1 und T2, durch die unterschiedliche Schaltung, Stern und Dreieck, auch unterschied­ liche Spulenspannungen aufweisen, müssen die jeweils ersten und zweiten Wicklungen der Stromteiler-Drosseln a, b, c, zur Erzie­ lung gleicher Ströme, unterschiedliche Windungszahlen aufweisen. Die Windungszahlen der jeweils ersten und zweiten Wicklung a1 und a2 bzw. b1 und b2 bzw. c1 und c2 der Stromteiler-Drosseln a, b, c verhalten sich proportional zu den Spulenspannungen der Sekundär­ wicklungen der Transformatoren T1 und T2, d. h. jeweils diejenige Wicklung, a2, b2, c2, die in Reihe mit der Phasenwicklung der Dreieckseite des Transformators T2 liegt, hat eine um den Faktor sqrt (3)=1,732 höhere Windungszahl als diejenige Wicklung, a1, b1, c1, die in Reihe mit der Phasenwicklung der Sternseite des Transformators T1 liegt.

Nicht dargestellt ist die Möglichkeit der gleichmäßigen Stromauf­ teilung zwischen zwei Teil-Gleichrichtergruppen, die unterschied­ liche Leistungen Übertragen. Für diesen Fall ist das Verhältnis der Windungszahlen der jeweils ersten und zweiten Wicklung umge­ kehrt proportional dem Verhältnis der zu Übertragenden Leistung zu wählen, um eine gleichmäßige Stromaufteilung zwischen den beiden Teil-Gleichrichtergruppen, trotz abweichender Transfor­ matorimpedanzen und dadurch bedingter Stromverschiebungen, zu erreichen.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zur gleichmäßigen Stromaufteilung bei der Parallelschaltung von Teil-Gleichrichtergruppen, die jeweils aus mindestens einem Transformator (T1, T2) und mindestens einem Teil-Gleichrichter (G1, G2) bestehen, wobei in Reihe mit den Transformatoren (T1, T2) je Phase eine Stromteiler-Drossel (a, b, c) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet daß jede Stromteiler-Drossel (a, b, c) mindestens je Teil- Gleichrichtergruppe eine Wicklung (a1, a2, b1, b2, c1, c2) aufweist und jeder Stromteiler-Drossel (a, b, c) die Ströme gleicher Phasenlage der Teil- Gleichrichtergruppen zugeordnet sind, wobei die Windungszahl der Wicklungen entsprechend den Schaltgruppen der Transformatoren (T1, T2) und/oder dem Verhältnis der Leistungen der Teil-Gleichrichtergruppen gewählt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromteiler-Drosseln (a, b, c) als eisengeschlossene Spulen ohne Luftspalt ausgeführt sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Stromteiler-Drossel (a, b, c) eine weitere Wicklung (a3, b3, c3) aufweisen kann, an die ein passiver Zweipol, bestehend aus einem Widerstand (R) und/oder einer Induktivität (L) und/oder einer Kapazität (C), angeschlossen wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an die weitere Wicklung (a3, b3, c3) ein aktiver Zweipol, bestehend aus einem Widerstand (R) und/oder einer Induktivität (L) und/oder einer Kapazität (C) und einer Spannungsquelle (E) mit vor­ zugsweise der 5. und 7. Oberschwingung, angeschlossen ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wicklungen (a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3) der Stromteiler-Drosseln (a, b, c) gleichmäßig auf deren Schenkel verteilt sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Zweipol gesteuert bzw. geregelt ist.