DK145650B - Trefaset vekselretter - Google Patents

Description

145550

Opfindelsen angår en trefaset vekselretter til afgivelse af en sinusformen tilpasset, trappeformet sammenkædet spænding, ved hvilken til fremstilling af fasespændingen firkantimpulser, nemlig en grund- og to tillægsimpulser, summeres, af 5 hvilke grundimpulsen er forkortet i forhold til en halvbølge, og tillægsimpulserne har en i forhold hertil væsentlig mindre amplitude og varighed, og den anden tillægsimpuls er påsat grundimpulsen.

Man kender en trefaset vekselretter af denne art (FR-PS 10 20 11 529), ved hvilken grundimpulsen overlejres af to tids mæssigt efter hinanden følgende og symmetrisk i forhold til grundimpulsen anbragte tillægsimpulser med samme amplitude. Grundimpulsen fremkommer ved middelværdidannelse af to af 180° firkanter bestående bølgetog, som indbyrdes er forskudt 15 med forkortningens størrelse. Bølgetogene frembringes af to 30 elektriske grader i forhold til hinanden forskudt arbejdende vekselrettersystemer. Middelværdidannelsen sker i med midtpunktsudtag forsynede primærviklinger på en trefaset transformator. Hver primærvikling samvirker med to sekun-20 dærviklinger til dannelse af tillægsimpulserne. Summationen sker ved, at hvert midtpunktsudtag i seriekobling med en sekundærvikling for den ene nabofase og en sekundærvikling for den anden nabofase er forbundet med den tilhørende udgangs-klemme.

25 Hver overlejring af to firkantimpulser medfører et vist 2 145650 kredsløbsforbrug af komponenter. Dette er ved den kendte vekselretter allerede meget ringe, da grundimpulsen kun skal overlejres af to små tillægsimpulser.

Man behøver derfor tre transformatorer med hver tre viklin-5 ger, hvorved til dannelse af en fasespænding alle tre transformatorer må være forbundet med hinanden.

Til grund for opfindelsen ligger den opgave at angive en trefaset vekselretter af den i indledningen beskrevne art, ved hvilken det med overlejringen af firkantimpulser forbund-10 ne koblings- og komponentforbrug kan nedsættes yderligere.

Denne opgave løses i henhold til opfindelsen ved, at den første tillægsimpuls optræder mellem efter hinanden følgende grundimpulser af forskelligt fortegn, at den anden tillægsimpuls er større end den første tillægsimpuls, og at et af 15 grundimpulser og første tillægsimpulser bestående bølgetog uden transformation føres til udgangsklemmen, og at dette bølgetog transformatorisk kun er overlejret af den anden tillægsimpuls.

Da den første tillægsimpuls er anbragt mellem to grundimpul-20 ser, kan et af grundimpulser og tillægsimpulser bestående bølgetog opnås uden nogen form for transformation. Til frembringelse af fasespændingen behøver dette bølgetog kun transformatorisk at overlejres med en anden større tillægsimpuls.

25 De således opnåede fasespændinger er fuldstændig usymmetriske. Dette fremgår såvel af tillægsimpulsernes forskellige beliggenhed som af deres forskellige størrelse. Alligevel fås ved sammenkædningen en resulterende spænding med i det væsentlige i forhold til en midterlinie symmetriske halvbøl-30 ger. På grund af fasespændingens sammenkædning bliver nemlig den tredie harmoniske og dens multipla elimineret. Den tids- 145650 3 mæssige forkortning af grundimpulsen og de to tillægsimpulser kan derudover vælges således, at også yderligere harmoniske helt eller delvist forsvinder. Endvidere viser der sig for visse koblinger den fordel, at selv ved udfald af til-5 lægsimpulser kan den tilsluttede belastning næsten uforandret drives videre af grundimpulsen.

Tilsvarende simpelt er kredsløbet og komponentforbruget. Transformatorerne behøver kun en sekundærvikling. Fasespændingen kan frembringes ved sammenknytning af to forholdsvis 10 små transformatorer. Dette giver et simpelt og billigt kredsløb med ringe kobbertab.

Ved en vekselretter, ved hvilken frembringelsen af grundimpulsen sker ved middelværdidannelse af to af 180°-firkant-impulser bestående bølgetog, som er forskudt imod hinanden 15 svarende til forkortningens størrelse, ved en impedans med midtpunktsudtag, er der ved en foretrukken udførelsesform sørget for, at midtpunktsudtaget til frembringelse af den første tillægsimpuls er en smule forskudt fra det nøjagtige midtpunkt. Ved midtpunktsudtaget kan derfor aftages en "af-20 vejet" middelværdi. Herved opnås den første tillægsimpuls med de samme foranstaltninger, som også tjener dannelsen af den forkortede grundimpuls.

Især kan de impedanser, som har forskudt midtpunktsudtag, være dannet af primærviklingerne af en til overlejring af 25 den anden tillægsimpuls anvendt trefaset transformator.

De ønskede værdier for den første tillægsimpuls kan man meget simpelt opnå ved, at midtpunktsudtaget er forskudt 7,8% ud fra det nøjagtige midtpunkt.

En optimal kurveform for fasespændingen fås ved en veksel-30 retter, ved hvilken grundimpulsen på begge flanker er forkortet 15° i forhold til en fuld halvbølge, begge tillægs- 4 145650 impulser har en varighed på 30°, at den anden tillægsimpuls har en afstand fra en flanke på 30°, og amplituden af den første tillægsimpuls andrager 15,5% af grundimpulsens amplitude, når amplituden af den anden tillægsimpuls andrager 31% 5 af grundimpulsens amplitude. Ved disse værdier falder ikke blot på grund af fasespændingernes sammenkædning den tredie harmoniske ud. Derudover bliver ved hjælp af tillægsimpulserne den femte og syvende harmoniske fuldstændigt elimineret. Det samme gælder også den n-te harmoniske, for så vidt 10 n = (5 + p x 12), (7 + p x 12) og p x 3, hvorved p kan indsættes for hvert positivt helt tal.

Til dannelse og tidsmæssig rigtig overlejring af den anden tillægsimpuls anbefales det, at transformatoren har et omsætningsforhold på 1 : 0,155, og at midtpunktsudtaget af 15 hver primærvikling er forbundet med den tilhørende udgangsklemme over en i serie koblet sekundærvikling af en nabofase i transformatoren.

Opfindelsen forklares nedenfor nærmere i henhold til på tegningen viste udførelseseksempler, der viser i 20 fig. 1 en ifølge opfindelsen anvendelig form for fasespændingen, fig. 2 en i sammenligning med fig. 1 120° forskudt fasespænding, fig. 3 den ved sammenkædning af de to førnævnte fase-25 spændinger opståede udgangsspænding ved vekselret- terens klemmer, fig. 4 et første bølgetog af 180°-firkantimpulser, fig. 5 et lignende bølgetog, der er forskudt 30°, 145650 5 fig. 6 den ved et forskudt midtpunktsudtag aftagelige afvejede middelværdi af de to førnævnte bølgetog, fig. 7 forskellen mellem de to førnævnte bølgetog, fig. 8 forskellen mellem to bølgetog fra en anden fase, 5 fig. 9 den heraf sammensatte spænding for en fase, fig. 10 et skematisk diagram af en udførelsesform af opfindelsen, fig. 11 en ifølge opfindelsen brugbar transformator.

I fig. 1 vises fasespændingen UD. Ved denne fuldstændiggøres 10 en firkantet grundimpuls 1 hver gang i det positive og i det negative område ved hjælp af to firkantede tillægsimpulser 2a og 2b. Grundimpulsen har en amplitude A og en varighed på 150°, dvs. den er forkortet 15° ved hver flanke i forhold til 180°. Den første tillægsimpuls 2a har en amplitude på 15 0,155 A og en varighed på 30°. Den ligger mellem to efter hinanden følgende grundimpulser med forskelligt fortegn. Den anden tillægsimpuls 2b har en amplitude på 0,31 A og en varighed på 30°; den har en afstand på 30° i forhold til grundimpulsens 1 fra den første tillægsimpuls 2a vendte 20 flanke.

Hvis denne spænding sammenkædes med den i fig. 2 viste, 120° forskudte spænding Ug i en anden fase, optræder mellem hver to udgangsklemmer den i fig. 3 viste udgangsspænding U_. -U .

K s

Dens trin, som følger i en afstand af 30° efter hinanden, 25 har størrelsen 1,155 A, 2,0 A, 2,31 A, 2,0 A og 1,155 A.

Det viser sig, at denne udgangsspænding har en sinusformen meget godt tilpasset form, selv om fasespændingerne kun består af firkantimpulser, som er blevet forandret ganske 6 145650 lidt. Fasespændingerne har en overordentlig stor andel af den tredie harmoniske, som bortfalder på grund af sammenkædningen. Ved forkortelse af grundimpulsen 1 og tilføjning af tillægsimpulserne 2 med de angivne størrelser, elimineres 5 også den femte og syvende harmoniske fuldstændigt. Da - som tidligere riævnt - også yderligere harmoniske bortfalder ved disse foranstaltninger, er udgangsspændingen fri for den 3., 5., 7., 9., 15., 17., 21., 27., 29., 31., 33., osv. harmoniske.

10 Fasespændingen i fig. 1 kan frembringes på følgende måde: Af et første bølgetog UR + ^^o med 180°-firkantimpulser og et andet lignende bølgetog UR ^ 15o, som er forskudt 30° i forhold til UR + ^o (fig. 4 og 5) , dannes en afvej et middelværdi U'R, ved hvilken bølgetoget UR + har en noget 15 større vægt end bølgetoget UR ^go. Som følge heraf opstår ikke blot grundimpulsen 1 med en varighed på 150° og en afstand til den efterfølgende grundimpuls på 30°, men også den første tillægsimpuls 2a, som i det foreliggende tilfælde hele tiden ligger før grundimpulsen (fig. 6).

20 Af bølgetogene i fig. 4 og 5 dannes samtidig forskellen UR + 15o - UR ^ 15o (fig. 7) . På samme måde dannes også i de andre faser denne differensspænding Ug + ^go - Ug -^o (fig. 8) °9 ϋτ + 15° “ ut -i- 15°· Som denne diffe rensdannelse opstår impulser med en varighed på 30°. Eksem-25 pelvis ligger impulsen Ug + ^o - Ug tidsmæssigt netop på det sted, der svarer til den anden tillægsimpuls i fasen R. Derfor kan den i fase R nødvendige anden tillægsimpuls 2b via et tilsvarende tilpasningsorgan afledes fra den i fasen S udvundne differensspænding. På denne måde opstår fasespæn-30 dingen UR (fig. 9).

Vekselretteren ifølge opfindelsen kan fx have den i fig. 10 viste kobling.

7

1456 5 O

Indgangsklemmer 3 og 4 på vekselretteren tilføres jævnspændingen henholdsvis +A og -rA fra en jævnspændingsforsyning.

Klemmen 3 er forbundet med en tilledning 5, klemmen 4 med en tilledning 6. Ved hjælp af en af modstandene 7 og 8 bestå-5 ende spændingsdeler kan man fastlægge et reference-nulpunkt for systemet. Med tilledningerne er seriekoblinger af hver to koblingselementer forbundet, som her er vist som styrbare ensrettere, 9 - 14 og 9' - 14', men som også kan have andre former efter behag, fx være udformet som transistor. Ensret-10 terne 9, 10 og 9', 10' svarer til fasen R, ensretterne 11, 12 og 11', 12' til fasen S og ensretterne 13, 14 og 13', 14' til fasen T. Herved sker styringen på den måde, at de førstnævnte ensrettere ligger 15° før i forhold til et bestemt referencetidspunkt, mens de andre ligger 15° efter. Man kan 15 derfor opfatte anordningen, som om der foreligger to trefasede vekselrettersystemer 15 og 16, som arbejder med en faseforskydning på 30°. En primærvikling 17, 18, 19 på en transformator 20, 21, 22 er samordnet med hver fase. Primærviklingernes ender er over forbindelsesledninger henholdsvis 20 23, 24, 25 og 26, 27, 28 forbundet med midtpunkterne mellem de styrbare ensrettere i samme fase. Hver transformator har en sekundærvikling 29, 30, 31 og et 7,8% opad forskudt midt-punktsudtag 32, 33, 34. Midtpunktsudtaget 32 er over sekundærviklingen 30 forbundet med udgangsklemmen 35 for fasen R.

25 Midtpunktsudtaget 33 er over sekundærviklingen 31 forbundet med udgangsklemmen 36 for fasen S. Midtpunktsudtaget 34 er over sekundærviklingen 29 forbundet med udgangsklemmen 37 for fasen T.

Denne kobling arbejder på følgende måde. Hver ensretter er 30 hver gang åben over 180°. Derved får man for fasen R i ledningen 23 spændingen UR + ^o (fig. 5) . Ved midtpunktsudtaget 32 for primærviklingen 17 kan den afvejede middelværdi for disse to spændinger, nemlig U'R, udtages. Mellem primærviklingernes ender opstår endvidere differencen mellem de to 35 tilførte spændinger, således som det vises i fig. 7 og 8 for 8 145650 faserne R og S. Denne difference overføres til sekundærviklingerne med tilsvarende omsætningsforhold og adderes som følge heraf til middelværdispændingerne. Ved udgangsklemmerne 35, 36, 37 får man som følge heraf en fasespænding U, 5 som vises i fig. 9.

Af denne driftsmåde fremgår det, at grundimpulsen 1 og den første tillægsimpuls 2a, som svarer til middelværdien U' (fig. 6), overføres fra indgangsklemmerne 2, 3 uden nogen transformation til den til udgangsklemmerne 35, 36, 37 slut-10 tede belastning. Kun en meget lille effektandel, som svarer til de andre i tillægsimpulser 2b, behøver at blive tilført belastningskredsen via sekundærviklingerne 29, 30, 31.

Vekselretterkoblingen er kun vist skematisk. Styreanordning, slukkeanordning, friløbsdioder osv. mangler. Herfor kan man 15 anvende et hvilket som helst kendt princip.

I fig. 11 vises et foretrukket udførelseseksempel for sammenfatningen af de tre transformatorer på en jernkerne 38.

Kernen har i alt fem ben 39 - 43, af hvilke kun benene 39, 41 og 43 anvendes for hver sin transformator 20 - 22 og 20 bærer viklingerne 17 - 19 og 29 - 31, mens benene 40 og 42 ikke er beviklede. Som følge heraf kan hver enkelt transformator, selv om de to andre vekselstrømsmæssigt praktisk taget er kortsluttede, slutte sin magnetiske kreds over et af de frie ben.

Claims (4)

145650

1. Trefaset vekselretter til afgivelse af en sinusformen tilpasset, trappeformet sammenkædet spænding, ved hvilken til fremstilling af fasespændingen firkantimpulser, nemlig en grund- og to tillægsimpulser, summeres, af 5 hvilke grundimpulsen er forkortet i forhold til en halvbølge, og tillægsimpulserne har en i forhold hertil væsentlig mindre amplitude og varighed, og den anden tillægsimpuls er påsat grundimpulsen, kendetegnet v e d, at den første tillægsimpuls optræder mel- 10 lem efter hinanden følgende grundimpulser af forskel ligt fortegn, at den anden tillægsimpuls er større end den første tillægsimpuls, og at et af grundimpulser og første tillægsimpulser bestående bølgetog uden transformation føres til udgangsklemmen, og dette bølgetog 15 transformatorisk kun er overlejret af den anden til lægsimpuls.

2. Vekselretter ifølge krav 1, kendetegnet ved, at grundimpulsen fremkommer over en impedans med midtpunktsudtag ved middelværdidannelse af to af 180° 20 firkanter bestående bølgetog, som er forskudt indbyrdes med størrelsen af forkortningen, og at midtpunktsudtaget (32, 33, 34) til frembringelse af den første tillægsimpuls kun er forskudt lidt ud fra den nøjagtige midtstilling.

3. Vekselretter ifølge krav 2, kendetegnet ved, at de med forskudt midtpunktsudtag forsynede impedanser er dannede af primærviklingerne (17, 18, 19) af en til overlejring af den anden tillægsimpuls anvendt trefaset transformator (20, 21, 22).

4. Vekselretter ifølge krav 2 og 3, kendetegnet