EP0452431A1 - Verfahren und vorrichtung zum regeln und steuern von wechselspannungen ab dem öffentlichen verteilernetz - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum regeln und steuern von wechselspannungen ab dem öffentlichen verteilernetz

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EP0452431A1
EP0452431A1 EP19900914048 EP90914048A EP0452431A1 EP 0452431 A1 EP0452431 A1 EP 0452431A1 EP 19900914048 EP19900914048 EP 19900914048 EP 90914048 A EP90914048 A EP 90914048A EP 0452431 A1 EP0452431 A1 EP 0452431A1
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EP
European Patent Office
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voltage
switching elements
input voltage
voltages
width modulation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19900914048
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English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Meier-Darvasi
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CONTROLUX AG
Original Assignee
CONTROLUX AG
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Filing date
Publication date
Application filed by CONTROLUX AG filed Critical CONTROLUX AG
Publication of EP0452431A1 publication Critical patent/EP0452431A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for electronically regulating and controlling AC voltages.
  • the AC voltages in question are those that are common in public power supply networks.
  • the typical frequency in Europe is 50 Hz, in the U.S.A. and other countries, for example 60 Hz.
  • frequencies around 400 Hz are used.
  • the invention relates to an AC voltage control, which, depending on the design, can be used between a voltage frequency of zero and up to 10 kHz.
  • the order of magnitude of the mains voltage in public networks is always at a nominal voltage value between zero and 500 V. ..
  • the AC voltage for current consumers is mainly regulated by phase angle controls, by inverter circuits or by means of vibration packet controls.
  • the voltage is regulated by cutting off a certain part of the phase, which causes a point of discontinuity in the voltage curve. This will induces many harmonics or harmonics that can be derived from the Fourier transformations.
  • Electrical stor consumers regulated in this way to the Neüz therefore have undesirable network perturbations which have a negative effect on the quality of the power supply network.
  • the AC voltage sine curve of the power supply network is superimposed by these, in some cases high-frequency harmonics or harmonics, and to a certain extent contaminated.
  • phase control Another side effect of the phase control is the reactive current, which is withdrawn from the network depending on the phase angle between the current and the voltage. This electricity places an unnecessary strain on the energy distribution network and must therefore be kept within limits. Above certain limits, therefore, elaborate reactive current compensation systems with audio frequency locks used. These are essentially capacitors and decoupling inductors connected in parallel, by means of which the reactive power is brought to almost zero. In addition, reactive power meters are also installed so that the purchased reactive power can be offset.
  • a second known type of AC voltage regulation takes place by means of a so-called Variacs with an optional servomotor.
  • This is an electromechanical device. It allows only a low adjustment speed and has been displaced today for reasons of price and space. It is only used for laboratory purposes.
  • inverter Another option for regulating AC voltages is the inverter.
  • This is a device that first generates a DC voltage, i.e. processes the AC voltage using a rectifier-capacitor circuit, and then uses an inverter to generate a controllable single-phase or three-phase AC voltage with a controllable frequency.
  • Such inverters primarily produce harmonics due to their rectifier-capacitor circuit, which in turn must then be eliminated from certain limits by means of specially designed suction circuits. Inverters are also relatively expensive in terms of material prices.
  • electronic AC voltage switches should also be mentioned. There are some circuits that allow an AC voltage to be switched with the aid of a Grai rectifier and a transistor. However, such an AC voltage switch has so far only been used as a replacement for a relay switch.
  • the object of the present invention is therefore to create a method and a device for regulating and controlling alternating voltages from the public distribution network, which solves the problems mentioned at the beginning.
  • the method according to the invention and the device for exercising it should enable AC voltage regulation and control, which eliminates the drawing of reactive power from the network and avoids the occurrence of harmonics.
  • This object is achieved by a method for regulating and controlling AC voltages from the public distribution network, in which the input voltage is regulated by means of pulse width modulation and subsequent filtering directly into an AC output voltage which lies within the envelope of the AC input voltage.
  • the device for performing the method is characterized in that at least two AC switching elements are present between the terminals of the input voltage, between which the output voltage is tapped, these switching elements being able to be activated alternately for pulse width modulation.
  • the device and the method operate with little loss. No harmonic harmonics are generated and no additional reactive power is drawn. For specific loads (for example fluorescent tube systems), a partial harmonic compensation of the load is even possible by a special choice of the output curve shape (by means of modulation).
  • the voltage regulation according to the invention can be used quite generally for regulating AC voltage, in particular also as a voltage stabilizer and as Three-phase voltage regulator. It is suitable, for example, for light control, for controlling motors, and as a soft start control. For the user, their advantages lie in saving energy costs by, for example, a hardly noticeable reduction in the intensity of light in the case of fluorescent tubes. Furthermore, an extended service life of the starting devices and fluorescent tubes due to a reduction in the operating voltage can be expected. In addition, no suction circuits are required for the suppression of harmonics. Furthermore, no additional reactive current compensation systems are required, which means that smaller bundle current compensation systems can be used in comparison to devices with phase-angle control.
  • the voltage regulation according to the invention if used to a greater extent, helps to save energy, to optimize the network utilization and to maintain a network that is free of flow with respect to harmonics.
  • Figure 1 A schematic diagram of the inventive device
  • Figure 2 The AC voltage switch from Figure 1 in its interior structure
  • FIG. 3 another construction of an AC voltage switch with Grford rectifiers.
  • FIG. 1 The basic structure of the device according to the invention is shown in FIG. Following the input filter 1, a bidirectional switchover element 2 is arranged between the terminals of the input voltage.
  • the basis of the operation of the device is a direct pulse width modulation of the alternating voltage with specially connected fast alternating voltage switching elements in the inside of the switching element 2.
  • a power switch is thus formed which is suitable for the regulation of any loads from zero to approx. 50 kW / kVA .
  • the core of the device consists of the switching element 2, which can process both positive and negative input voltages U. That is, alternating voltages as well as direct voltages of any polarity.
  • FIG. 2 shows the basic circuit of the changeover element 2 or the power changeover switch 2 on the basis of a detailed and enlarged view compared to FIG. It includes two AC voltage switching elements 4, 5, between which the terminals for the output voltage U are connected, these switching elements 4, 5 being alternately activatable for pulse width modulation.
  • the AC voltage switching elements 4, 5 consist here of an anti-serial connection of two power semiconductors .., T 7 and T 3 , T. each with a diode D 1 , D 2 and D 3 , D 4 connected antiparallel to them. If one considers one half of the switching element 2, or the upper switching element 4, and the first power semiconductor T. is switched on, the current flows through this first power semiconductor T- when the input voltage U.
  • the diodes D - D. can both components of the power semiconductor 1 ⁇ -T. (Power Mos Fet or IGET), but can also be external, i.e. discrete, as shown.
  • the course of the modulated AC voltage U. is shown schematically in Figure 1.
  • a certain proportional output voltage U t of the same curve shape can be generated, the value of the voltage naturally always running inside the envelope of the input voltage U. If modulation is only carried out over half a period and the pulse widths are varied, the output voltage U t can have any curve shape. This application is primarily of interest for the compensation of any harmonics that occur, that is, if a load exhibits a non-linear behavior.
  • FIG 3 shows an alternative device which can also be used for the same purpose.
  • the AC voltage switching elements 4, 5 therefore each include a Griger rectifier circuit D 5 and D g , the AC voltage inputs of which form the connections of the AC voltage switching elements 4, 5 and a power semiconductor between their DC voltage outputs -Element T 5 or T g is connected.
  • the two AC voltage switching elements 4, 5, whether for a circuit according to FIG. 2 or according to FIG. 3, are particularly advantageously formed by industrially manufactured hybrid modules.
  • the invention makes it possible to achieve a largely sinusoidal power-current curve by regulating the AC voltage accordingly by pulse width modulation.
  • the method and the device can be operated in the range between zero and up to 10 kHz.
  • the voltage can take any course within the envelope of the input voltage U- n , depending on the variation of the pulse widths and pulse pauses.

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Description

Verfahren und Vorrichtung zum Regeln und Steuern von Wechsel¬ spannungen ab dem öffentlichen Verteilernetz
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektronischen Regeln und Steuern von Wech¬ selspannungen. Bei den in Betracht kommenden WechselSpannun¬ gen handelt es sich um solche, die in öffentlichen Stromver- sorgungsnetzen gebräuchlich sind. Die typische Frequenz in Europa beträgü 50 Hz, in den U.S.A. und anderen Ländern zum Beispiel 60 Hz. Für bestimmte Sonderstromnetze werden Frequenzen um 400 Hz benützt. Grundsätzlich aber bezieht sich die Erfindung auf eine Wechselspannungsregelung beziehungs¬ weise -Steuerung, die je nach Auslegung zwischen einer Span¬ nungsfrequenz von Null bis hinauf auf 10 kHz anwendbar ist. Die Grössenordnung der Netzspannung bewegt sich dabei in den öffentlichen Netzwerken stets auf einem Nennspannungs-Wert zwischen Null und 500 V . ..
Herkömmlich wird die Wechselspannung für Stromverbraucher hauptsächlich durch Phasenanschnittsteuerungen, durch Wech¬ selrichterschaltungen oder mittels Schwingungspaket-Steuerun¬ gen geregelt. Bei der weitaus am häufigsten angewendeten Pha¬ senanschnittsteuerung wird die Spannung reguliert, indem ein gewisser Teil der Phase weggeschnitten wird, was eine Unste- tigkeitsstelle im Spannungsverlauf bewirkt. Dadurch werden viele Oberwellen oder OberSchwingungen induziert, die sich aus den Fourier-Transformationen herleiten lassen. Beim An- schiuss vor. derart geregelten elektrischen Stor verbrauchern an das Neüz treten deshalb unerwünschte Netzrückwirkungen auf, die sich negativ auf die Qualität des Stromversorgungs¬ netzes auswirken. Die Wechselspannungs-Sinuskurve des Stormversorgungsnetzes wird von diesen zum Teil hochfrequen¬ ten Oberwellen bzw. Oberschwingungen überlagert und gewisser- assen verschmutzt. Die Elektrizitätswerke benützen aber für Rundsteuerungen überlagerte WechselspannungsSignale höherer Frequenz, zum Beispiel im Bereich von 100 Hz bis 2 kHz. Wer¬ den jedoch der Sinus-Kurve der Nenn-Wechselspannung durch solcher assen geregelte Geräte zuviele Oberwellen in diesem Frequenzbereich überlagert, so können solche Steuerungs¬ signale nicht mehr richtig detektiert werden, wodurch die Steuerung versagt. Herkömmlich werden die Oberwellen mittels Saugkreisen weitgehend unterdrückt. Es handelt sich dabei um kostspielige Serieresonanzkreise aus seriell geschalteten Ka¬ pazitäten und Induktivitäten, die in jede Phase einem Gerät vorgeschaltet werden. Die Oberwellen und Unstetigkeitsstellen im Spannungsverlauf bilden aber auch Störquellen für Funk¬ übertragungen. Zur Eliminierung dieser störenden Einflüsse werden Störfilter eingesetzt. Ein weiterer Nebeneffekt der Phasenanschnitts euerung ist der Blindstrom, welcher je nach Phasenwinkel zwischen Storm und Spannung dem Netz entzogen wird. Dieser Strom belastet das Energie-Verteilnetz unnötig und er muss deshalb in Grenzen gehalten werden. Ab gewissen Grenzen werden- deshalb aufwendige Blindstromkompensations- anlagen mit Tonfrequenzsperren eingesetzt. Dabei handelt es sich im wesentlichen um parallel geschaltete Kapazitäten und Entkopplungs-Induktivitäten, mittels denen die Blindleistung annähernd auf Null gebracht wird. Zudem werden auch eigens Blindleistungszähler installiert, damit die bezogene Blind¬ leistung verrechnet werden kann.
Eine zweite bekannte Art der Wechselspannungsregelung erfolgt mittels eines sogenannten Variacs mit optionalem Stellmotor. Dieses ist eine elektromechanische Vorrichtung. Sie erlaubt nur eine geringe Einstellgeschwindigkeit und ist heute über¬ dies aus Preis- und Platzgründen verdrängt worden. Einzig zu Laborzwecken findet sie noch Anwendung.
Eine weitere Möglichkeit, Wechselspannungen zu regulieren, bietet der Wechselrichter. Dieses ist ein Gerät, das zuerst eine Gleichspannung erzeugt, also die Wechselspannung mittels einer Gleichrichter-Kondensatorschaltung bearbeitet, und dann mit einem Wechselrichter eine regelbare ein- oder dreiphasige Wechseispannung mit regelbarer Frequenz erzeugt. Solche Wech¬ selrichter erzeugen aber vorallem wegen ihrer Gleichrichter- Kondensator-Schaltung Oberwellen, die dann wiederum ab gewis¬ sen Grenzen mittels speziell angelegter Saugkreise eliminiert werden müssen. Wechselrichter sind ausserdem relativ teuer in bezug auf den Materialpreis. Schiiessiich sind noch elektronische Wechselspannungsschalter zu erwähnen. Es existieren einige Schaltungen, die mit Hilfe eines Grä zgieichrichters und eines Transistors ermöglichen, eine Wechseispannung zu schalten. Ein solcher Wechselspan- nungs-Schalter wird jedoch bisher bloss als Relaisschalter- Ersatz verwendet.
In den letzten Jahren ist die Auslastung des elektrischen Stromversorgungsnetzes allgemein immer grösser geworden. Es wurde dadurch unerlässlich, die gesetzlichen Zulässigkeits- Grenzen für Oberwellen, die insbesondere infolge von Wechsel- spannungsreguiierungen induziert und ins Netz übertragen wer¬ den, zunehmend zu verschärfen. In verschiedenen Ländern exi¬ stieren eigens Kommissionen, welchen die Festlegung solcher Grenzwerte obliegt. In Europa kennt man diesbezüglich etwa die in Fachkreisen bekannte europäische Norm EN 60555 1-3. Fachleute von verschiedenen Elektrizitätswerken sehen allge¬ mein mit Besorgnis auf die wachsende Anzahl elektronisch ge¬ regelter Geräte, deren Spannungsregelung auf dem Phasen¬ anschnitt-Prinzip beruhen. Gegenwärtig arbeiten verschiedene einschlägige Kommissionen der Elektrizitätswirtschaft an der gesetzlichen Festlegung weiter verschärfter Grenzwerte.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln und Steuern von Wechselspannungen ab dem öffentlichen Verteilernetz zu schaf¬ fen, welche die eingangs erwähnten Probleme löst. Im besonde- ren soll das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung zu dessen Ausübung eine Wechselspannungs-Regelung und -Steue¬ rung ermöglichen, die den Bezug von Blindleistung aus dem Netz eliminiert und das Auftreten von Oberwellen vermeidet.
Diese Aufgabe wird gelöst von einem Verfahren zum Regeln und Steuern von WechselSpannungen ab dem öffentlichen Verteiler¬ netz, bei dem die EingangsSpannung mittels einer Pulsweiten¬ modulation und anschliessender Filtrierung direkt in eine Ausgangswechselspannung geregelt wird, die innerhalb der Hüllkurve der Eingangswechselspannung liegt.
Die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zeichnet sich da¬ durch aus, dass zwischen den Klemmen der EingangsSpannung we¬ nigstens zwei Wechselspannungs-Schaltelemente vorhanden sind, zwischen denen die AusgangsSpannung abgegriffen wird, wobei diese Schaltelemente zur Pulsweitenmodulation wechselweise aktivierbar sind.
Die Vorrichtung und das Verfahren arbeiten verlustarm. Es werden dabei keine harmonischen Netzoberwellen erzeugt und es wird keine zusätzliche-Blindleistung bezogen. Für spezifische Lasten (zB. Leuchtstoffröhren Anlagen) ist durch eine spe¬ zielle Wahl der Ausgangskurvenform (mittels Modulation) sogar eine teilweise Oberwellenkompensation der Last möglich.
Die erfindungsgemässe Spannungsregulierung kann ganz all¬ gemein zur Regelung von Wechselspannung verwendet werden, so auch insbesondere etwa als Spannungskonstanthalter und als Dreiphasenspannungsregler. Sie eignet sich zum Beispiel für die Lichtregelung, zur Regelung von Motoren, sowie als Sanft¬ anlaufSteuerung. Ihre Vorteile liegen für den Anwender in ei¬ ner Einsparung von Energiekosten durch eine zum Beispiel im Fall von Leuchtstoffröhren kaum spürbare Reduzierung der Lichtincensität. Weiter kann mit einer verlängerten Lebens¬ dauer der Startgeräte und Leuchtstoffröhren infolge Reduktion der Betriebsspannung gerechnet werden. Ausserdem werden keine Saugkreise mehr für die Unterdrückung von Oberwellen benö¬ tigt. Weiter werden keine zusätzlichen Blindstrom-Kompensa¬ tionsanlagen benötigt, das heisst es können im Vergleich zu phasenanschniüz-geregelten Geräten kleinere Bundstrom-Kom- pensationsaniagen eingesetzt werden.
Für die Eiektrizitätswirtschaft hilft die erfindungsgemässe Spannungsreguiierung, wenn sie in grösserem Umfang eingesetzt wird, Energie zu sparen, die Netzauslastung zu optimieren und bezüglich der Oberwellen ein ströungsfreieres Netz zu erhal¬ ten.
Nachfolgend wird der Aufbau einer bespielsweisen erfindungs- gemässen Vorrichtung anhand von schematischen Darstellungen beschrieben und die Funktion des erfindungsgemässen Verfah¬ rens wird daran erläutert. Es zeig :
Figur 1: Ein Prinzipschema der erfindungsgemässen Vor¬ richtung;
Figur 2: Den Wechselspannungs-Umschalter aus Figur 1 in seinem Inneren Aufbau;
Figur 3: eine anderer Aufbau eines Wechselspannungs-Um- schalters mit Grätz-Gleichrichtern.
Der grundsätzliche Aufbau der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt Figur 1. Die eingangsseitige Wechselspannung U. wird vorerst im Eingangsfilter 1, das hier beispielsweise aus zwei parallel geschalteten Kapazitäten C und einer zwischen sie geschalteten Induktivität L besteht, gefiltert. Anschliessend an das Eingangsfilter 1 ist ein bidirektionales Umschaltele¬ ment 2 zwischen den Klemmen der EingangsSpannung angeordnet. Die Operationsgrundlage des Gerätes ist eine direkte Pulswei¬ tenmodulation der Wechselspannung mit speziell beschalteten schnellen Wechselspannungs-Schaltelementen im Innern des Umschaltelementes 2. Damit ist ein Leistungsumschalter gebil¬ det, der für die Regelung beliebiger Lasten von Null bis ca. 50 kW/kVA geeignet ist. Die eingangsseitige Wechselspannung
U. wird also gefiltert und dann auf den schnellen Leis- m tungsu schalter 2 geführt, der eine Pulsweitenmodulation durchführt. Dieses pulsweitenmodulierte Signal wird mit Hilfe eines weiteren, nachgeschalteten Filters 3 wieder in eine praktisch rippelfreie SinusSchwingung der AusgangsSpannung
- 8 -
U^-_ zurückverwandelt, deren Wert somit zwischen 0...< 100 % der Ξingangspannung Uin liegen kann. Der Kern der Vorrichtung besteht aus dem Umschaltelement 2, welches sowohl positive, w e auch negative EingangsSpannungen U. verarbeiten kann, also Wechselspannungen wie auch Gleichspannungen beliebiger Polarität.
Figur 2 zeigt die Grundschaltung des Umschaltelementes 2 be¬ ziehungsweise des Leistungsumschalters 2 anhand einer im Ver¬ gleich zu Figur 1 vergrösserten und detaillierten Ansicht. Es schliesst zwei Wechselspannungs-Schaltelemente 4,5 ein, zwi¬ schen denen die Klemmen für die AusgangsSpannung U ange¬ schlossen sind, wobei diese Schaltelemente 4,5 zur Pulswei¬ tenmodulation wechselweise aktivierbar sind. Die Wechselspan- nungs-Schaltelemente 4,5 bestehen hier aus je einer antiseri- eilen Beschaltung von zwei Leistungshalbleitern ..,T7 und T3,T. mit je einer zu ihnen antiparallel geschalteten Diode D1,D2 und D3,D4. Betrachtet man eine Hälfte des Um¬ schaltelementes 2, beziehungsweise das obere Schaltelement 4, und ist der erste Leistungshalbleiter T. eingeschaltet, so fliesst der Strom bei positiver EingangsSpannung U. durch diesen ersten Leistungshalbleiter T-, während die Diode D- parallel zu diesem Leistungshalbleiter T. sperrt, und weiter bei Überschreitung der Schwellenspannung der Diode D, durch diese parallel zum Leistungshalbleiter T, angeordneten Diode D-. Bei negativer EingangsSpannung U. sind die Funktionen der Leistungshalbleiter T1 und T2 vertauscht. Ist der Leistungshalbleiter T1 ausgeschaltet, so sperrt er bei posi- tiver EingangsSpannung und die Diode D, ist wegen dem sper¬ renden Leistungshalbleiter T1 ohne Funktion. Bei negativer EingangsSpannung U. sind die Funktionen der Leistungs¬ halbleiter T- und , wiederum vertauscht. Die beiden iden¬ tisch aufgebauten Grundelemente 4 und 5 werden nun wechsel¬ seitig, mit einer kleinen Totzeit dazwischen, eingeschaltet. Die Steuerung erfolgt dabei mittels der über den Leistungs¬ halbleitern T1, 2 und T.,T4 angelegten Steuerspannung U
* beziehungsweise U . Somit ergibt sich die Funktion eines
Umschalters. Die Dioden D--D. können sowohl Bestandteile der Leistungshalbleiter 1^-T. (Power Mos Fet oder IGET) sein, können aber auch wie gezeigt extern, also diskret vorliegen. Der Verlauf der modulierten Wechselspannung U . ist in Figur 1 schematisch dargestellt. Je nach Wahl des Puls-Pausen-Ver¬ hältnisses kann eine bestimmte proportionale AusgangsSpannung U t der gleichen Kurvenform erzeugt werden wobei der Wert der Spannung natürlich immer im Innern der Hüllkurve der Ein¬ gangsspannung U. verläuft. Wird nur über eine halbe Peri¬ odendauer moduliert und werden dabei noch die Pulsweiten va¬ riiert, so kann die AusgangsSpannung U t eine beliebig vor¬ gegebene Kurvenform aufweisen. Diese Anwendung ist vorallem zur Kompensation allfällig auftretender Oberwellen von Inter¬ esse, also wenn eine Last ein nichtlineares Verhalten auf¬ weist.
Figur 3 zeigt eine alternative Vorrichtung, die ebenfalls für den gleichen Zweck benutzt werden kann. Für positive sowie negative EingangsSpannungen U. werden durch die Gr tzgleich- - 1 0 - richter D5 und Dg den Leistungshalbleitern T5 und Tß jeweils immer Gleichspannungen zum Verarbeiten zugeführt. Die Wechselspannungs-Schaltelemente 4,5 schliessen daher je eine Grätz-Gleichrichter-Schaltung D5 und Dg ein, deren Wechsel¬ spannungseingänge die Anschlüsse der Wechselspannungs-Schalt- elemente 4,5 bilden und zwischen deren Gleichspannungs-Aus¬ gängen je ein Leistungshalbleiter-Element T5 beziehungsweise Tg angeschlossen ist.
Besonders vorteilhaft werden die zwei Wechselspannungs- Schaltelemente 4,5, sei es für eine Beschaltung nach Figur 2 oder nach Figur 3, durch industriell gefertigte Hybrid-Module gebildet.
Die Erfindung ermöglicht es, eine weitgehend sinusförmige Leistungs-StromJcurve zu erreichen, indem die Wechselspannung entsprechend durch Pulsweitenmodulation reguliert wird. Grundsätzlich ist das Betreiben des Verfahren und der Vor¬ richtung im Bereich zwischen Null bis hinauf auf 10 kHz mög¬ lich. Die Spannung kann dabei innerhalb der Hüllkurve der EingangsSpannung U-n einen beliebigen Verlauf annehmen, je nach Variation der Pulsweiten und Pulspausen.

Claims

Patentansprüche
1. ) Verfahren zum Regeln und Steuern von WechselSpannungen ab dem öffentlichen Verteilernetz, bei dem die Eingangs¬ spannung (U. ) mittels einer Pulsweitenmodulation und anschliessender Filtrierung direkt in eine Ausgangswechselspannung (U t) geregelt wird, die inner¬ halb der Hüllkurve der Eingangswechselspannung (U^-J liegt.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die EingangsSpannung
(U. ) mittels eines bestimmten Puls-Pausen-Verhältnisses in so reguliert wird, dass eine bestimmte proportionale AusgangsSpannung .(U t) der gleichen Kurvenform erzeugt wird.
3.) Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die EingangsSpannung (U. ; mittels einer Variation der Pulsweiten über eine halbe Periodendauer so reguliert wird, dass die AusgangsSpannung (U t) eine beliebig vorgegebene Kur¬ venform aufweist.
4. ) Vorrichtung zur Ausübung eines der vorhergehenden Ver¬ fahren, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Klem¬ men der EingangsSpannung (u-in) wenigstens zwei Wechseispannungs-Schaltelemente (4,5) vorhanden sind, zwischen denen die Ausgangsspannung (U t) abgegriffen wird, wobei diese Schaltelemente (4,5) zur Pulsweitenmo¬ dulation wechselweise aktivierbar sind.
5.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannungs-Schaltelemente (4,5) aus je einer antiseriellen Beschaltung von zwei Leistungshalb¬ leitern (T1,T2;T3,T4) mit je einer zu ihnen antiparallel geschalteten Diode (D1,D2;D-,D.) einschliessen.
6.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannungs-Schaltelemente (4,5) je eine Grätz-Gleichrichter-Schaltung (D5;Dg) einschliessen, de¬ ren Wechselspannungseingänge die Anschlüsse der Wechsel- spannungs-Schaltelemente (4,5) bilden und zwischen deren Gleichspannungs-Ausgängen je ein Leistungshalbleiter- Eiement (T5;Tg) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Wechselspannungs-Schalt- elemente (4,5) ein industriell gefertigtes Hybrid-Modul bilden.
EP19900914048 1989-10-04 1990-10-01 Verfahren und vorrichtung zum regeln und steuern von wechselspannungen ab dem öffentlichen verteilernetz Withdrawn EP0452431A1 (de)

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