NO148504B - Pulsstyreanordning for en trefaset selvfoerende vekselretter - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en pulsstyreanordning for en trefaset selvførende vekselretter som mates fra en likespenningskilde og som for hver fase har en strømretterenhet hvis ventiler kopler vekselstrømforbrukeren til matelikespenningen i takt med grunnfrekvensen, hvor utgangsspenningens grunnsvingning kan innstilles i frekvens og amplitude særlig ved undersvingningsmetoden, ved hjelp av pulsbreddemodulasjon,

og hvor et pulsstyretrinn muliggjør to like, 60° elektrisk brede pulsområder, symmetrisk til maksimum og minimum av grunnfrekvensspenningen.

Oppfinnelsen kan anvendes ved strømrettermatet

drift, særlig for skinnekjøretøyer. Det er her klart at med betegnelsen likespenningskilde kan forstås en omformers like-spenningsmellomkrets, en omformer som f.eks. omformer enfaset vekselspenning til trefaset vekselspenning.

Ved kjente fremgangsmåter for styring av veksel-rettere etter undersvingningsmetoden, kan det skilles mellom to typer nemlig:

Omkoplingspunktene for vekselretterfasen utledes

fra skjæringspunktene for en sinus-, firkant- eller trapes-formet nominellverdispenning og en trekantspenning med høyere frekvens (BBC-Sonderndruck "BBC-Umrichtertechnik fur Antriebe" fra april 1970, artikkel 3, side 23 til 25 (Bestell-nr.GIA 6027 S), videre artikkel nr. 2 fra dette tidsskrift og videre BBC-Sonderdruck aus den Brown-Boveri-Mitteilungen januar 1973, Bd. 60, "Die Auswirkung verschiedener Steuertechniken des Unterschwingungsverfahrens auf die Wechselrichterausgangs-spannung" (Druckschriften Bestell-nr. D ZEK 30388 D), 11 sider. Nominellverdispenningen kan her være synkronisert med trekantspenningen eller ikke. Fasespenningene kan ikke bare endres mellom positiv og negativ polaritet for den ene spenning, men foruten verdien null også innta to forskjellige høye spenninger av begge polariteter (førstnevnte BBC-Sonderdruck, Art. 3, bilde 3 og 4). Oversvingninger kan da minskes betraktelig ved hjelp av enkle styreforanstaltninger. Det kan derved be-stemmes når delvekselretterne i de enkelte faser reproduser-

bart skal koples inn. De tilsvarende koplingstidspunkter for vekselretterne fastlegges ved overlagring av de nevnte spenninger. Grunnfrekvensen og amplituden for den tre-fasede vekselretterutgangsspenning blir derved gitt ved nominellverdispenningene, mens taktfrekvensen fastlegges ved trekantspenningen. Man kan altså gå ut fra en fast frekvens for trekantspenningen og endre f.eks. den sinusformede nominellverdi. Resultatet er således at posisjonen av omkoplingstidspunktene innenfor den positive resp. negative halvbølge av vekselretterfasespenningen ikke er begrenset til et bestemt område av halvbølgen. Man kan derfor tale om fri takt.

Ved den andre kjente fremgangsmåte blir omkoplingstidspunktene for vekselretterfasespenningen valgt slik at en eller flere oversvingninger ikke opptrer. Tidsskriftet "ELEKTRIE" 29 (1975) hefte 1, side 35 til 37;. IEEE Transactions on Industrie Applications, Vo. Ia-10, nr. 1, for januar/februar 1974, side 117 til 122; ETZ-A,Bd.93 (1972), hefte 9, side 528 til 530; IEEE Transactions on Industrie Applications Vo. Ia-9, nr. 3 fra mai/juni 1973, side 310 til 317 og nr. 5 fra september/oktober 19,74, side 666 til 673. Ved disse kjente fremgangsmåter avhenger posisjonen av omkop-lingsvinkelen, dvs. fasen for vekselretterspenningen av de eliminerte oversvingninger.

Det samme gjelder for en videre kjent fremgangsmåte hvor en 120°-blokk i hver fase tilføres manglende strøm-blokker fra andre ellers strømløse faser i maskinen, hvilket skjer periodisk for alle 120°-blokker. i hver fase. Denne strømblokk med en varighet på 120 elektriske grader blir delt symmetrisk i enkeltblokker etter midtlinjen. Den minimale bredde for en midlere udelt strømblokk er 60 elektriske grader (ETZ-A Bd. 97 (1976), hefte 11, side 663 til 667 og DT-OS 2 531 255).

En pulsstyreanordning av den innledningsvis nevnte art er kjent fra østerriksk patentskrift nr. 284.967 For styringen av strømretterenheten tjener der en koplingsspen-ning fra et pulsstyretrinn som er avhengig av en taktgenera-tor for periodisk engangs pulsbreddestyrt mellomkopling i faseområdet fra 60 til 120 elektriske grader innenfor hver halvperiode av grunnfrekvensspenningen. Pulsstyreanordning-en virker likt for alle tre faser. Fasespenningene blir da bare endret mellom positiv og negativ polaritet av en spenning, dvs. enkeltpulskopling, men antar aldri en verdi null slik som ved flerpulskopling. Videre opptrer bare én periodisk engangs mellomkopling innenfor hver halvperiode og ikke en periodisk flergangs mellomkopling.

Ved den førstnevnte fremgangsmåte med fri takt, må det foretas forholdsvis mange omkoplinger i hver fase. Ved de to andre fremgangsmåter kreves ved ønsket endring av de oversvingninger som skal elimineres, en forholdsvis kompli-sert styreinnretning.

Hensikten med oppfinnelsen er ved den innledningsvis nevnte fremgangsmåte å minske oversvingningene i veksel-retterutgangsspenningen og antallet nødvendige omkoplinger.

Dette oppnås ifølge op<p>finnelsen ved at for reduksjon av oversvingningsandelen blir suksessivt i hvert 60° brede område frembrakt bare en av to eller flere pulser bestående pulsgruppe for avvekslende en av de tre grunnsvingningene.

Strømblokkene med en bredde på 120 elektriske grader i de andre faser forblir da udelte.

Ved den innledningsvis nevnte fremgangsmåte blir for forskjellige driftsområder de forskjellige taktforhold innstillet mellom taktfrekvensen og frekvensen for grunnsvingningsspenningen. Ifølge oppfinnelsen blir omkoplingen mellom to taktforhold foretatt ved begynnelsen resp. slutten av de 60° brede pulsområder i de enkelte faser. Med taktforhold skal her forstås forholdet mellom den midlere frekvens for omkoplingen pr. fase og grunnfrekvensen, dvs. frekvensen av grunnsvingningsspenningen. Det tilsvarer halve antallet omkoplinger i en fase pr. periode.

Ved oppfinnelsen minskes oversvingningene ved samme taktforhold i forhold til den innledningsvis beskrevne fremgangsmåte. Omkoplingstidspunktene ved .fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er fast bestemt av styrekarakteristikken.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser det prinsipielle forløp av en fase-spenning Up^ som karakteriserer det område i hvilket det pulses og posisjonen av grunnsvingningen uG som skal til-nærmes for en enpulset kopling. Fig. 2 viser det prinsipielle forløp for vekselretterspenningen uw som karakteriserer,det området i hvilket det pulses og posisjonen av grunnsvingningen uG som skal til-nærmes for en flerpulset kopling. Fig. 3 viser styrekarakteristikken for vekselretter med to mulige spenningsutgangstilstander. Fig. 4 viser styrekarakteristikken for en vekselretter med tre mulige spenningsutgangstilstander.

På fig. 1 og 2 betyr Al området for den positive halvbølge som det pulses i, og A2 betegner området for den negative halvbølge som det pulses i.

Ifølge fig. 1 blir det ved hjelp av en enpulset kopling koplet om mellom en positiv og en negativ spenningsverdi for et område på 60 elektriske grader og til dette anvendes f.eks. en trefaset selvførende strømretter i sperre-spenningsfri kopling. Strømretteren kopler avvekslende den positive og negative pol av likespenningskilden til en vekselstrømtorbruker, idet taktforholdet for den positive og negative spenning styres slik at middelverdien av spenningen forløper sinusformet med den ønskede matefrekvens for vekselstrømforbrukeren. For å bestemme omkoplingstidspunktet til enhver tid blir en symmetrisk trekantformet styrekarakteristikk som vist på fig. 3, for 90 resp. 270 elektriske grader for de enkelte faser, sammenlignet med en f.eks. sinusformet ønsket spenning og styrekarakteristikken følger avvekslende en omkopling mellom positiv og negativ polaritet og omvendt. På fig. 3 er vist en styrekarakteristikk som er nødvendig for å oppnå en., to eller tre innbrudd i pulsområdet, hvor den nedre styrekarakteristikk har tre innbrudd til et fasepotensial U ^ på fig. 1.

Styresystemet ifølge fig. 2 gjelder for forskutt pulset vekselretter (flerpulskopling) og kan f.eks. oppnås med en selvførende vekselretter med likestrømmellomkrets og kopler da den positive spenningsverdi, spenning null og den negative spenningsverdi til vekselstrømforbrukeren. For å bestemme omkoplingstidspunktene til enhver tid blir en symmetrisk trekantformet styrekarakteristikk som vist på fig. 4 for 90 resp. 270 elektriske grader av vekselretterspenningen uw på fig. 2, sammenlignet med en f.eks. sinusformet ønsket spenning. Ved overensstemmelse mellom momen-tanverdien av den ønskede spenning og styrekarakteristikken skjer det avvekslende en omkopling mellom den positive spenningsverdi og spenning null og omvendt i det symmetriske området om 90 elektriske grader av spenningen uw, og en omkopling mellom den negative spenningsverdi og spenning null og omvendt i det symmetriske området om 270 elektriske grader av spenningen uw. På fig. 4 er vist en styrekarakteristikk som er nødvendig for oppnåelse av en, to eller tre pulser i vedkommende pulsområde hvor den nederste karakteristikk med tre pulser til en vekselretterspenning uw på fig. 2.

Fig. 3 viser særegne trekantformede styrekarak-teristikker for en vekselretter med to mulige utgangs-spenningstilstander. Styrekarakteristikken øverst har et maksimum ved 4>=3 0° og minima ved (j>=0° og 6 0°. Ved sammenligning av denne karakteristikk med en sinusformet ønsket spenning gis to skjæringspunkter og dermed et spenningsinnbrudd i de 60° brede pulsrekker. Styrekarakteristikken i midten er trekantformet med maksima ved <J>=15° og 4 5° og minima ved <t>=0°, 30° og 60°. Ved sammenligning av denne karakteristikk med en sinusformet ønsket spenning gis fire skjæringspunkter og dermed to spenningsinnbrudd i de 60° brede pulsrekker. Styrekarakteristikken nederst er trekantformet med maksima ved $ =10°, 30° og 50° og minima ved

<j)=0°, 20°, 40° og 60°. Ved sammenligning av denne styre-

karakteristikk med en sinusformet ønsket spenning gis seks skjæringspunkter og dermed tre spenningsinnbrudd i de 60° brede pulsrekker som vist på fig. 1.

Fig. 4 viser særegne trekantformede styrekarakteri-stikker for en vekselretter med tre mulige utgangsspennings-tilstander. Den øvre styrekarakteristikk har maksima ved

<j)=0° og 60° og et minimum ved <j)=3 0°. Ved sammenligning av denne styrekarakteristikk med en sinusformet ønsket spenning gis to skjæringspunkter og dermed én puls i de 60° brede

pulsrekker. Styrekarakteristikken i midten er trekantformet med maksima ved ø=0°, 30° og 60° og minima ved $=15° og 45°. Ved sammenligning av denne styrekaraktéristikk med en sinusformet ønsket spenning gis fire skjæringspunkter og dermed

to pulser i de 60° brede pulsrekker. Styrekarakteristikken nederst er trekantformet med maksima ved $=0°, 20°, 40° og 60° og minima ved $ =10°, 30° og 50°. Ved sammenligning av denne styrekarakteristikk med en sinusformet ønsket spenning gis seks skjæringspunkter og dermed tre pulser i de 60° brede pulsrekker som vist på fig. 2.

Claims (2)

1. Pulsstyreanordning for en trefaset selvførende vekselretter som mates fra en likespenningskilde og som for hver fase har en strømretterenhet hvis ventiler kopler vekselstrømtorbrukeren til matelikespenningen i takt med grunnfrekvensen, hvor utgangsspenningens grunnsvingning kan innstilles i frekvens og amplitude særlig ved undersvingningsmetoden, ved hjelp av pulsbreddemodulasjon, og hvor et pulsstyretrinn muliggjør to like, 60° elektrisk brede pulsområder, symmetrisk til maksimum og minimum av grunnfrekvensspenningen, karakterisert ved at for reduksjon av oversvingningsandelen blir suksessivt i hvert 60° brede område frembrakt bare en av to eller flere pulser bestående pulsgruppe for avvekslende en av de tre grunnsvingningene.

2. Anordning ifølge krav 1, hvor det for forskjellige driftsområder innstilles forskjellige taktforhold mellom taktfrekvensen og grunnfrekvensspenningen, karakterisert ved at det fra pulsstyretrinnet koples om mellom to taktforhold ved begynnelsen resp. slutten av de 60° brede pulsområder.