NO151437B - Fremgangsmaate samt statisk omretter, for kopling av et flerfaset primaernett med et enfaset sekundaernett - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en statisk omretter for kopling av et flerfaset primærnett med et enfaset sekundærnett, spesielt for kopling av et trefaset 50 Hz-nett med et enfaset 16 2/3 Hz-nett, idet den statiske omretter består av to direkteomrettere som er parallell-

koplet på trefasesiden, idet den ene direkte-omretter på den enfasede utgang via en induktivitet og den andre direkte-omretter på den enfasede utgang via en seriekobling av en kapasitet og en induktivitet er tilført en felles transformator som mater det enfasede sekundærnett.

Koplingen av en slik nettkoplingsomretter som er foreslått tidligere, er vist i den eneste figuren. De to del-direkteomrettere DUR 1 og DUR 2 er parallellkoplet på trefase-strøm-

siden (hvorved det selvsagt påses at deres kommuteringsproses-ser ikke påvirker hverandre). Deres 16 2/3 Hz-utganger blir dels via en induktans XL og dels via en seriekopling XLC av enkapasitet og en induktivitet ført til en felles transformator T. Sistnevnte forsyner driftsnettet, som f.eks. kan være et banenett.

Denne kopling virker imidlertid bare tilfredsstillende - dvs.

ved fullstendig unngåelse av nytteeffekt-pulseringer - ved full effekt (100%). Den er derfor ikke generelt brukbar uten ekstra foranstaltninger.

I det følgende skal vi først se på likningene for det tidsmessige forløp av nytteeffekten og blindeffekten på 50 Hz-siden i en slik kopling.

Strømmene i^; 1^ og spenningene u-^; ^ for direkteomretterne

DUR 1 og 2 på 16 2/3 Hz-siden forutsettes som rent sinusformet

og med følgende tidsmessige forløp:

Nytteeffekten pl og p2

Forutsett at direkte-omformerne

- arbeider tapsfritt

- og ikke inneholder lager

er det tidsmessige forløp av nytteeffekten identisk på inn-gangs- og utgangssiden. Det beregnes ifølge følgende likninger:

Nytteeffekten består således av en konstant andel pl, 2 = og en pulserende andel pl, 2^.

Som addisjonseffekt p fås:

Ved s<y>mmetriske trefasestrømsystemer fremkommer som kjent

en kontinuerlig effektfluks. Ved enfase-vekselstrømsystemer er nytteeffekten derimot prinsipielt pulserende.

Ved direkte-omrettere som forbinder et trefasestrømsystem med et enfase-vekselstrømsystem, kan man således bare hindre over-føringen av den pulserende nytteeffekt på trefase-strømsiden, hvis nettkoplingen omfatter ekstra lågere som er anordnet på egnet måte.

For dette formål føres utgangsspenningene for de nevnte to direkte-omrettere (DUR 1 og DUR 2 i figuren) via en induktans XT hhv. via en kapasitet og induktans X til en felles transformator T, som forsyner banenettet. Disse induktanser og kapasiteter overtar lagringsfunksjonen.

Induktanser og kapasiteter er dimensjonert slik at man i første rekke ved 100%ig effekt kan styre omretterutgangsspen-ningene u^ og U£ likt i amplituden og 90° innbyrdes forskjøvet i fasestilling. Derved er omretterutgangsstrømmene i^ og ±^ til enhver tid i fase med tilordnede spenninger u^ og u«

samt like i amplitudene.

Derved oppstår det på 16 2/3 Hz-siden et dreiefelt med kontinuerlig nytteeffektfluks.

Som nevnt ovenfor, funksjonerer dette prinsipp i første rekke bare ved full effekt (100%) og kan derfor ikke utnyttes generelt uten videre.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å utforme og dimensjonere den kopling som er konstruert på grunnlag av dette generelle prinsipp, slik at nytteeffektpulsering unngås over hele effektområdet 0-100%. Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved at de to impedanser XL, XLC gjøres verdimessig like store

at omretter-utgangsspenningenes amplituder U^, U^, gjøres like store og deres faser W 2 i forhold til sekundærnett-spenningsviseren velges motsatt like: hvor U er utgangsspenningen av den statiske omretter som består av de to parallellkoplede direkte-omretterne, idet også de tilsvarende strømmer i^, i 2 blir lik hverandre: hvor i betyr utgangsstrømmen av den statiske omretter som består av de to parallellkoplede direkte-omretterne, og hvis faser står i relasjon

til hverandre.

De innbyrdes like impedanser X^ = x ^ = X velges slik at deres spenningsfall i^. X verdimessig er lik omretter-utgangsspenningen (U): og strømmenes og spenningenes fasevinkel velges slik at relasjonene

er oppfylt. Omretter-utgangsspenningens amplitude holdes konstant uavhengig av ydelsen, mens dens fase dreier.

Den statiske omretteren kjennetegnes ifølge oppfinnelsen ved at de to impedanser X J_j , X J-jL- er verdimessig like store

Omretteren kan være en trapesomretter, idet det på omretterens primær- hhv. sekundærside kan være anordnet en trinntransformator.

Som det lett kan demonstreres vil den pulseringsavhengige

andel av nytteeffekten falle bort under disse betingelser.

Hvis man så setter

og substituerer de ovenstående uttrykk i likningen (5) for nytteeffekten, får man: _ ■u-r Det første ledd i den firkantete parantes forsvinner åpen-lyst, slik at man får:

dvs. pulseringsavhengighet er eliminert.

Det kan også uttrykkes slik at det ved avtakende effekt - hvorved de to omretter-utgangsspenningsindikatorer og U_2 på grunn av det lave spenningsfall tiltakende nærmer seg hverandre i fasestilling - muliggjøres en styring, hvor omretter-utgangsstrømvektorene 1^ og fjerner seg fra hverandre i fasestilling i samme utstrekning som spenningsvektorene nærmer seg hverandre, og at nytteeffektfluksen derved forblir kontinuerlig .

Et særlig viktig anvendelsesområde av oppfinnelsen er bane-drift (helstatisk banenett-koplingsomretter). Uten ytter-ligere forholdsregler kan man ikke unngå at blindeeffekten på 50 Hz-siden først er pulserende.

I så henseende vil drift av nettkoplingsomretteren som trapesomformer være gunstig. Derved oppnås en sterk reduksjon av blindeeffekten og blindeeffekt-pulseringen (maks. fra 100% til 20% i øvre effektområde). Dessuten muliggjøres derved en bedre utnyttelse av den installerte strømrettereffekt (med opp til 20%). En ulempe er at nytteeffektpulseringene ikke lenger kan undertrykkes helt. Dessuten fremkommer mer strøm-svingninger på 16 2/3 Hz-siden.

For at det skal kunne kjøres med en trapesdrift i hele effektområdet, må det enten anordnes en trinn-transformator (på 50 Hz- eller 16 2/3 Hz-siden), som kan justeres tilsvarende den nødvendige omretterutgangsspenning mellom 0,5 p.u. og 0,7 p.u.

(i tillegg ville komme et justeringsområde for kompensering

av spenningsendringene i 50 Hz- og 16 2/3 Hz-nettet), eller man lar omretterutgangsspenningsamplituden være konstant, uavhengig av effekten (mens fasen forskyves).

I stedet for lagrings-seriekoplingen XL(_, ville teoretisk bare

en kapasitet være nødvendig. Det ville riktignok medføre at oversvingningsstrømmen for vedkommende direkteomretter på 16 2/3 Hz-siden ville stige sterkt. Derfor er det av praktiske grunner hensiktsmessig å kople en induktans i serie med kapasiteten. Kapasiteten må derved dog forstørres tilsvarende.

Endelig skal bemerkes at samme fremgangsmåte som her er be-skrevet for undertrykkelse av nytteeffektpulseringen for helstatiske nettkoplingsomrettere også kan benyttes foir elimi-nering av mellomkrets-effektpulseringen ved lokomotiver med en tvangsmessig kommutert vekselretter med likespennings-mellomkrets på nettsiden. Ved slike tilfeller er den hittil vanlige løsning et filter i likespennings-mellomkretsen.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for kobling av et flerfaset primærnett med et enfaset sekundærnett, spesielt for kobling av et trefaset 50-Hz-nett med et enfaset 16 2/3-Hz-nett, idet den statiske omretter består av to direkteomrettere som er parallellkoblet på trefasesiden, idet den ene direkte-omretter (DUR-j^) på den enfasede utgang via en induktivitet (XL) og den andre direkte-omretter (DU^) på den enfasede utgang via en seriekobling (X ) av en kapasitet og en induktivitet er tilført en felles transformator (T) som mater det enfasede sekundærnett, karakterisert ved at de to impedanser X Li , X Li\^ gjøres verdimessig like store at omretter-utgangsspenningenes amplituder U^, gjøres like store og deres faser ^ rji' ^ u2 i f°rh°-'-c^ *-il sekundærnett-spenningsviseren velges motsatt like: hvor U er utgangsspenningen av den statiske omretter som består av de to parallellkoblede direkte-omretterne, idet også de tilsvarende strømmer i^, ±2 blir lik hverandre: hvor i betyr utgangsstrømmen av den statiske omretter som består av de to parallellkoblede direkte-omretterne, og hvis faser står i relasjon tilhverandre.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at de innbyrdes like impedanser = XLC = X velges slik at deres spenningsfall i^ ' X verdimessig er lik omretter-utgangsspenningen (U) : og at strømmenes og spenningenes fasevinkel velges slik at relasjonene er oppfylt.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at omretter-utgangsspenningens (U^, l^) amplitude holdes konstant uavhengig av ydelsen mens dens fase ( ip ^, ^u2^ dreier.

4. Statisk omretter for kobling av et flerfaset primærnett med et enfaset sekundærnett, spesielt for kobling av et trefaset 50-Hz-nett med et enfaset 16 2/3-Hz-nett, idet den statiske omretter består av to direkteomrettere som er parallellkoblet på trefasesiden, idet den ene direkte-omretter (DUR,) på den enfasede utgang via en induktivitet (X ) og den andre direkte-omretter (DUR-,) på den enfasede utgang via en seriekobling (X ) av en kapasitet og en induktivitet er tilført en felles transformator (T) som mater det enfasede sekundærnett, karakterisert ved atde to impedanser X , X er verdimessig like store

5. Omretter som angitt i krav 1, karakterisert ved at det er en trapesomretter.

6. Omretter som angitt i krav 3, karakterisert ved at det på omretterens primær- hhv. sekundærside er anordnet en trinntransformator.