DE4401648C1

DE4401648C1 - Umrichter mit Kondensatorenreihenschaltung

Info

Publication number: DE4401648C1
Application number: DE19944401648
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl Ing Juergens; Hans-Georg Dipl Ing Matthes
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: Elotherm GmbH
Priority date: 1994-01-21
Filing date: 1994-01-21
Publication date: 1995-06-01
Anticipated expiration: 2014-01-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Speisen eines Parallelschwingkreises (Z) mit drei Umrichtern (UR₁-UR₃), wobei jeder Umrichter einen netzgespeisten Gleichrichter, einen Zwischenkreis und einen transistorisierten Wechselrichter aufweist und wobei die Umrichteranordnung über ein Kapazitätsnetzwerk (C, C_1-3) mit dem Parallelschwingkreis (Z) verbunden ist.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE 36 07 125 C1 bekannt. Darüber hinaus ist aus der Praxis bekannt, drei Umrichter eingangsseitig jeweils einer Phase des Drehstromnetzes zuzuordnen und miteinander zu verketten.

Darüber hinaus finden in der Praxis Umrichter Einsatz, wie sie zum Beispiel aus der DE-PS 33 31 690 bekannt sind, die anstelle von mit Röhren ausgestatteten Wechselrichtern mit transistorisierten Wechselrichterbrückenzweigen arbeiten. Hierdurch läßt sich der elektrische Wirkungsgrad des Umrichters von etwa 50-60% auf 80-90% steigern. Nachteilig ist allerdings bei einem solchen transistorisierten Umrichter die im Vergleich zu Röhrengeneratoren (10-15 kV) niedrigere erreichbare Hochfrequenzspannung von maximal ca. 500 V. Dieser Wert ist durch die Sperrspannung der Transistorbauelemente im Wechselrichter begrenzt.

Zur Erhöhung der Umrichterspannung ist nach der in Fig. 1 dargestellten ersten Variante einer bekannten Vorrichtung vorgesehen, daß die am Ausgang der drei parallel geschalteten Umrichter UR₁, UR₂, UR₃ anliegende Spannung auf ein Kapazitätsnetzwerk gegeben wird, durch welches die Ausgangsspannung kapazitiv vervielfacht wird, bevor die Last gespeist wird. Eine solche Lösung hat jedoch den Nachteil, daß der Gesamtstrom der Anordnung über den Kondensator C₁ eingespeist werden muß. Hierdurch ist die am Kondensator C₁ abfallende Spannung größer als der Spannungsabfall an den beiden anderen Kondensatoren, wobei der Oberschwingungsanteil einer steilen Stromflanke nur an der Kapazität C₁ auftritt, während die übrigen Kondensatoren einen sinusförmigen Strom führen. Hierdurch kann es neben einer unzulässigen Überlastung des Kondensators C₁ zu einem Resonanzeffekt des aus den Kondensatoren C₂, C₃ und Z () bestehenden Netzwerkes kommen. Darüber hinaus kommt es bei einer Sprunganregung zu einer Schwingung, die ein gewünschtes Schalten der Transistoren des Wechselrichters im Spannungsnulldurchgang unmöglich macht. Hierdurch entstehen zusätzliche unerwünschte Verluste in den Transistoren der Brückendiagonalen der Wechselrichter.

Andererseits ist bei der in Fig. 2 dargestellten zweiten Variante der bekannten Vorrichtung vorgesehen, daß die parallel zueinander geschalteten Umrichter UR₁-UR₃ ebenfalls auf eine gemeinsame Kapazität C arbeiten und daß die an dieser Kapazität abfallende Spannung über einen elektromagnetischen Transformator auf die gewünschte Lastschwingkreisspannung hochtransformiert wird. Eine solche elektromagnetische Aufwärtstransformation ist wegen der Spannungsrückwirkung auf den Wechselrichter im Falle eines Stromabrisses praktisch nicht realisierbar.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahin weiterzuentwickeln, daß trotz der Verwendung von transistorisierten Wechselrichtern die am Schwingkreis anliegende Spannung hinreichend hoch ist, ohne daß die oben genannten Nachteile in Kauf genommen werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die drei Umrichter (UR₁-UR₃) eingangsseitig jeweils einer Phase des Drehstromnetzes zugeordnet und miteinander verkettet sind, und daß jeder der Umrichter (UR_1-3) mit seinem Wechselrichterausgang an eine separate Kapazität (C_1-3) angeschlossen ist, wobei die drei Kapazitäten (C_1-3) zueinander in Reihenschaltung liegen und diese direkt mit dem Parallelschwingkreis (Z) verbunden ist.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß sich die Ausgangsspannungen der drei Umrichter aufgrund der Reihenschaltung der Kondensatoren im Kapazitätsnetzwerk aufaddieren. Hierdurch läßt sich der netzseitige Grundschwingungsleistungsfaktor auf hohem Niveau halten. Da die im Parallelschwingkreis verbrauchte Wirkleistung quadratisch mit dem Schwingkreisstrom zunimmt, kann aufgrund der im Vergleich zum Stand der Technik (Fig. 1) erhöhten Umrichterausgangsspannung der Strom im Schwingkreis reduziert werden. Gleichzeitig ergibt sich aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung eine gleichmäßige Aufteilung der an den Kondensatoren C₁, C₂, C₃ abfallenden Spannungen. Im Gegensatz zu der aus Fig. 1 des Standes der Technik bekannten Lösung werden oberfrequente Resonanzschwingungen vermieden. Im Unterschied zu der aus Fig. 2 bekannten Lösung kann aufgrund des Verzichts auf die elektromagnetische Transformation der Schwingkreis mit niedrigeren Verlusten betrieben werden. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß für den Fall, daß die Umrichter UR_1-3 nicht gleichmäßig sondern unterschiedlich an der Leistungszufuhr beteiligt werden sollen, der Vorteil der kapazitiven Aufwärtstransformation erhalten bleibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Fig. 3 erläutert, die ein Ausführungsbeispiel zeigt:

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die drei Umrichter UR₁, UR₂, UR₃, die jeweils transistorisierte Wechselrichter aufweisen, so verschaltet, daß sie mit ihrem Ausgang an separaten Kondensatoren C₁, C₂, C₃ liegen, wobei das aus den Kondensatoren gebildete Netzwerk eine Reihenschaltung der drei Kondensatoren C₁₃ ist. Durch diese Lösung ergibt sich der beschriebene Vorteil der Spannungsaddition an den drei Kondensatoren C₁, C₂, C₃ verbunden mit einem hierdurch niedrigerem Schwingkreisstrom. Jeder der Kondensatoren C_1-3 wird bei gleichmäßiger Beaufschlagung der Umrichter UR_1-3, also bei Nennleistung, mit gleichen Anteilen durch Oberschwingungen belastet. Durch die "quasi Entkopplung" der drei Umrichter ergibt sich eine wesentlich höhere Flexibilität bei wechselnden Parallelschwingkreis-Lasten.

Claims

Vorrichtung zum Speisen eines Parallelschwingkreises (Z) mit drei Umrichtern (UR₁-UR₃), wobei jeder Umrichter einen netzgespeisten Gleichrichter, einen Zwischenkreis und einen transistorisierten Wechselrichter aufweist und wobei die Umrichteranordnung über ein Kapazitätsnetzwerk (C, C_1-3) mit dem Parallelschwingkreis (Z) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Umrichter (UR₁-UR₃) eingangsseitig jeweils einer Phase des Drehstromnetzes zugeordnet und miteinander verkettet sind, und daß jeder der Umrichter (UR_1-3) mit seinem Wechselrichterausgang an eine separate Kapazität (C_1-3) angeschlossen ist, wobei die drei Kapazitäten (C_1-3) zueinander in Reihenschaltung liegen und diese direkt mit dem Parallelschwingkreis (Z) verbunden ist.