NO172467B - Fremgangsmaate for styring av en stroemretterkobling, samt tilsvarende stroemretterkobling - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til styring av en strømretterkobling, av den art som er angitt i den innledende del av det vedføyde patentkrav 1.

Oppfinnelsen vedrører også en strømretterkobling, som angitt i den innledende del av det vedføyde patentkrav 4.

Teknikkens stilling

Oppfinnelsen refererer seg til den teknikkens stilling som fremgår av sveitsisk firmatidsskrift "Brown Boveri Mitteil-ungen" 12, (1979), s. 763 - 777. Dessuten er det kjent i forbindelse med omretterlokomotiver med vekselstrøm-asynkronmotorer, å mate disse fra et 16 2/3-Hzbanenett via en likespennings-mellomkrets. Likespenningen blir i den forbindelse tilveiebragt fra banenettet ved hjelp av en strømsummerings-transformator, som oppviser flere delviklinger med samme transformatorkjerne, og ved hjelp av flere til disse delviklinger koblede firekvadrant-regulatorer. Firekvadrant-regulatorene blir drevet i underharmonisk drift og trekker en forholdsvis stor induktivitet på vekselstrøm-siden, noe som realiseres ved hjelp av en høy kortslutningsspenning hos transformatoren på ca. 30%. Slike transfor-matorer er dyre og oppviser et høyt energitap i kobberdelen.

I det tyske tidsskrift "Elektrische Bahnen", 6 (1974), s. 135 - 142, er beskrevet kobling og drift av en firekvadrant-regulator . Denne kobling tillater at det forbindes et vekselstrømnett med en likestrøms-mellomkrets (mellomkrets med påtrykt spenning). To firekvadrantregulatorer, som via hver sin transformator-sekundærvikling er parallellkoblet på nettsiden, arbeider mot en felles mellomkrets. Styringen finner sted ved hjelp av faseforskjøvne takter for de to firekvadrant-regulatorer med en frekvens på ca. 11 x 16 2/3 Hz. Ved denne forholdsvis høye taktfrekvens oppstår det høye energitap i koblingsbygge-elementene hos firekvadrant-

regulatoren.

Omtale av oppfinnelsen

Fra tysk patent 3.536.380 er det kjent en strømretter-kobling med flere magnetisk uavhengige deltransformatorer der primærutvikiingene er seriekoblet til et vekselstrøms-nett og sekundærviklingene er forbundet med vekselspennings-inngangen på hver sin likeretter. Likeretternes likespennings-uttak er parallellkoblede og danner en like-stillings-mellomkrets som mater en vekselretter.

Imidlertid omtaler denne publikasjon ikke noe om beskyttelsesforholdsregler som skal komme til virkning når en av de nevnte strømrettere eller likerettere faller ut.

Til forskjell fra denne kjente teknikk gir den foreliggende oppfinnelse anvisning på en elektrisk ventil eller kortslutter som skiller den utfalte strømretter eller omformer elektrisk fra den intakte del, idet kortslutteren overtar strømmen for transformatorviklingen, som tidligere fløt gjennom strømretteren. Derved kan driften av strømretter-koblingen fortsette med endret styremønster for de intakte strømrettere, og da uten avbrudd.

Styringen av strømretteren ifølge den foreliggende oppfinnelse vil gjøre det mulig å forbinde likestrømkretsen med et aktivt eller passivt vekselstrømsnett, idet faseforskyv-ningen alltid vil bli tilpasset den nødvendige verdi. I det ekstreme tilfelle vil faseforskyvningsdrift med null fase-forskyvning være mulig ved summeringstransformator og sperrende vekselretter.

I henhold til oppfinnelsen gis det anvisning på en fremgangsmåte for styring av en strømretterkobling, som er karakterisert ved de trekk som er angitt i den karakteriserende del av patentkrav 1.

Likeledes tilveiebringes det ifølge oppfinnelsen en strømretterkobling hvis karakteriserende trekk fremgår av det vedføyde patentkrav 4.

En fordel ved oppfinnelsen innebærer således at man oppnår bedre beskyttelse av koblingen i tilfelle av feil ved en strømretter eller omformer, og at man oppnår meget lavere koblingstap hos strømretteren. Forøvrig får man en bedre virkningsgrad for strømretteren, koblingsbelastning og kjøling av strømretteren kan realiseres enkelt og billig, og det er ikke nødvendig med en høyere induktivitet ved vekselstrømutgangen fra strømretteren. Spennings-summerings-transformatoren kan bygges med en for strømretter-transformatorer vanlig kortslutningsspenning i størrelses-ordenen 5% - 13%. Reduksjonen av kortslutningsspenningen tillater ved samme dimensjonskriterier en rimeligere ut-førelse og fremfor alt lavere kobbertap i transformatoren.

Dessuten kan man tilveiebringe noe lavere tap i thyristorer og dioder i strømretterkoblingen. Reduksjonen av tapene viser seg f.eks. ved en 700-kVA-regulator, som ble prosjektert for strømuttak fra 16 2/3 Hz-banenettet i en lokomotivtype og gitt en takt med frekvens fra 11 x 16 2/3 Hz. Ved full last utgjør halvledertapene ca. 3,2 kw og koblingstapene ca. 10 kw. Når den samme regulator bare kobler inn og ut én gang i 16 2/3-Hz-halvperioden, blir koblingstapene ca. 11 ganger mindre, dvs. de utgjør bare ca. 0,9 kw.

Kort omtale av tegninqsfiqurene

I det følgende vil oppfinnelsen bli nærmere beskrevet under henvisning til utførelsesformer som er vist på tegningsfigu-rene. Fig. 1 viser en prinsippkobling av en fullstatisk frekvensomformer med en strømretterkobling med spennings-summeringstransformator og flere til denne koblede strømrettere så vel som thyristor-kortsluttere. Fig. 2 er et prinsippskjerna over en strømretter med thyristor-kortsluttere og regulatorsideviklinger hos spennings-summeringstransformatoren i henhold til fig. 1. Fig. 3a og 4a viser tidsforløpet for vekselstrøm og vekselspenning ved strømretterkoblingen i henhold til fig.

1 og 2, med forskjellige spenningstrinn-antall.

Fig. 3b - 3f og fig. 4b - 4f viser tidsforløpet for koblingstilstander hos de fem strømretterkoblinger, svarende til vekselstrømmen og vekselspenningen på hhv. fig. 3a og 4a.

Utførelsesfonner av oppfinnelsen

På fig. 1 betegner N1 et én-faset 16 2/3-Hz-banenett med en vekselspenning U1 = 15 kV og N2 et tre-faset 50-Hz-landnett med en vekselspenning U2 = 50 kV. En spennings-summeringstransformator Tr består av 13 likt oppbyggede og dimensjone-rte deltransformatorer Tr1, Tr2 ... Tr13, som hver har egne, ikke med hverandre magnetisk sammenkoblede transfor-matorkjerner. Hver deltransformator Tr1 ... Tri 3 omfatter en nettside-vikling 1 og en strømretterside-vikling 2. Nettside-viklingene 1 hos deltransformatorene Tr1 - Tr13 er koblet i serie og ved endene ved hjelp av klemmer 3 og 4 tilkoblet banenettet N1. Med i1 er betegnet den vekselstrøm som går gjennom nettside-viklingen 1. Hver strømretterside-vikling 2 hos en deltransformator Tr1 ... Tr13 er via vekselspenningstilkoblinger 6 og 7 koblet til en strøm-retter Q1 resp. Q2 ... Q13 og dessuten tilkoblet en thyristor-kortslutter resp. vekselstrømkobler 5 med antiparallelle thyristorer. Med henvisningstall 8 er betegnet "+"-pol og med henvisningtall 9 "-"-pol hos strømretterne Q1 ... Q13. En likespenningsmellomkrets 10 oppviser mellom sin "+"- og "-"-gren en likespennings-støttekondensator 11 og dessuten en sugekrets med en seriekobling omfattende en sugekretskondensator 12 og en sugekrets-drossel 13. Egenfrekvensen hos sugekretsen er avstemt på den dobbelte frekvens av banenettets, dvs. på 33 1/3 Hz, i og med at de belastningspulsasjoner som oppstår ved matingen av banenettet N1 bare overføres til det trefasede 50-Hz-landnett N2 i en tolererbar grad. I "+"-grenen av likespennings-mellomkretsen 10 er der anordnet en glattedrossel, som på den ene side er forbundet med hver "+"-pol 8 av strømretterne Q1 ... Q13, og på den annen side er forbundet med "-"-grenen i en strømretter 15 og med "+"-grenen i en strømretter 15' . Når det gjelder "-"-grenen i likespennings-mellomkretsen 10, er denne på den ene side forbundet med alle "-"-poler 9 i strømretterne Q1 ... Q13, og på den annen side med "+"-grenen fra strømretteren 15 og med "-"-grenen i strømretteren 15' . Strømretterne 15 og 15' utgjøres av mot hverandre antiparallelt koblede, nettkommuterte brolikerettere med thyristorer i brogrenene. Velsekstrømtilkoblingene for disse strømrettere 15 og 15' utgjøres av en forbindelse med vekselspenningsnettet N2 via en strømrettertransformator 1 6.

Oppbygningen av en av de likt konstruerte, énfasede strømrettere Q1 ... Q13 er vist på fig. 2. Like deler er her forsynt med samme henvisningstall. Strømretteren oppviser fire brogrener som hver omfatter en utkoblbar GTO-thyristor T1 ... T4 for hver brogren. På den ene side er thyristorene T1 og T2 og på den annen side thyristorene T3 og T4 koblet i serie, idet anodene hos thyristorene Tl og T3 er forbundet med "+"-polen 8 via sikringer hhv. 21a og 21b, mens katodene hos thyristorene T2 og T4 er forbundet med "-"-polen 9 via sikringer hhv. 21c og 21d. I antiparallell til hver thyristor T1 ... T4 er der innkoblet en diode hhv. D1 ... D4. Videre oppviser hver thyristor T1 ... T4 en likt oppbygget thyristorkobling resp. en utkoblingsavlastnings-krets 17. Utkoblingsavlastningskretsen 17 oppviser en koblingsdiode 18 i serie med en koblingskondensator 20, idet koblingsdioden 18 og thyristoren, f.eks. T3, har samme polkobling. Parallelt med koblingsdioden er det tilkoblet en koblingsmotstand 19. Forbindelsespunktene for thyristorene T1 og T2 er forbundet med vekselspenningstilkoblingen 6, og forbindelsespunktene for thyristorene T3 og T4 er forbundet med vekselspenningstilkoblingen 7. Uq betegner vekselspenningen og ig betegner vekselstrømmen hos strømretteren.

Den frekvensomformer eller frekvensretter som er omtalt i forbindelse med fig. 1, egner seg for en energioverføring fra et trefase-landnett N2 til et énfaset banenett N1 og omvendt, og er konstruert for en belastning på f.eks. TO MW. I tilfellet der skal overføres energi bare fra landnettet N2 til banenettet N1, kan strømretteren 15' sløyfes.

Under normal drift er det bare aktuelt med 12 strøm-rettere Q1 ... Q12 ved dannelse av 16 2/3-Hz-vekselspenningen. Den 13. strømretter Q13 er tiltenkt som momentanreserve, idet dennes thyristorer forblir sperret og vekselstrømkobleren 5 er konstant innkoblet, eller en av de to thyristorer hos vekselstrømkobleren 5 er konstant ledende. Dannelsen av 16 2/3-Hzvekselspenningen U1 fremkommer ved summering av de induserte spenninger i de enkelte nettside-viklinger 1 hos spennings-summeringstransformatoren Tr, slik dette fremgår av fig. 3 og 4.

Seriekoblingen av alle de nettsidige viklinger 1 hos spennings-summeringstransformatoren Tr bevirker at ved en strøm i1 gjennom nettside-viklingene vil der samtidig måtte flyte en strøm i alle strømretterside-viklingene 2. Når alle viklingspar er like (likt antall vindinger og samme oversetning), må også strømmen i alle strømretterside-viklingene 2 være av samme størrelse og ha samme polaritet.

Til forklaring av virkemåten for strømretterkoblingen vil i det følgende koblingstilstandene Z1 ... Z8 for en strømretter ifølge fig. 2 bli definert, under angivelse av retningen av strømløpene. For enkelhets skyld blir der fra venstre mot høyre bare angitt de henvisningstall som vedrører de etter hverandre gjennomstrømmede bygge-elementer og inngangsklemmer resp. poler hos strømretteren.

Koblingstilstand Z1: Ug > 0, ig <>> 0

Strømløpsretning: 8 -21a - T1 - 2 - T4 - 21d - 9 Koblingstilstand Z2: Ug > 0, ig< 0

Strømløpsretning: 9-21d-D4-2-Dl -21a- 8 Koblingstilstand Z3: Ug < 0, ig <>> 0

Strømløpsretning: 9 -21c - D2 - 2 - D3 - 21b - 8 Koblingstilstand Z4: Ug < 0, ig< 0

Strømløpsretning: 8-21b-T3-2-T2-21c-9 Koblingstilstand Z5: Ug = 0, ig <>> 0

Strømløpsretning: T1 - 2 - D3 - 21b - 21a - T1 Koblingstilstand Z6: Ug = 0, ig > 0

Strømløpsretning: T4 - 21d - 21c - D2 - 2 - T4 Koblingstilstand Z7: Ug = 0, ig <<> 0

Strømløpsretning: T3 - 2 - D1 - 21a - 21b - T3 Koblingstilstand Z8: Ug = 0, ig <<> 0

Strømløpsretning: T2- 21c- 21d-D4- 2-T2

Virkemåten for strømretterkoblingen vil nå bli nærmere forklart i forbindelse med fig. 3 og 4, idet der for enkelhets skyld er lagt til grunn en spenningssum-meringstransformator Tr med bare fem deltransformatorer Tr1 - Tr5 og tilhørende fem strømrettere Ql - Q5. Oversetningen for viklingsparene 1 og 2 hos deltransformatorene Tr1 - Tr5 er 1:1.

Pa fig. 3a og 4a er der langs ordinataksen inntegnet vekselstrøm i og vekselspenning U, og på abscisseaksen er der inntegnet tiden t i en vilkårlig enhet. Den nettsidige vekselspenning U1 for spennings-summeringstransformatoren Tr blir tildannet trinnvis, idet de ved hjelp av strøm-retterne Q1 - Q5 dannede og summerte spenningstrinn med hensyn til sitt tidsmessige forløp er slik tildannet at de i sum tilnærmet tilveiebringer en sinusform. Vekselstrømmen i1 er i det valgte eksempel faseforskjøvet 30° i forhold til vekselspenningen U1.

På fig. 3b - 3f og 4b - 4f er der langs ordinataksen inntegnet vekselspenningen Uq for strømretterne Q1 - Q5, og langs abscisseaksen er der inntegnet tiden t i samme enheter som på fig. 3a og 4a.

Ved utførelseseksempelet i henhold til fig. 3, når thyristorene T1 og T4 resp. T3 og T2 i diagonale brogrener for en strømretter Q1 - Q5, for tilstanden Uq = 0, ikke blir tent på samme tid, er spenningstrinnantallet dobbelt så stort som ved utførelseseksempelet i henhold til fig. 4, hvor thyristorene i diagonale brogrener alltid tennes til samme tid.

Ved utførelseseksempelet i henhold til fig. 3 vil strømretterne Q2 - Q5 ved tidspunktet t0 ikke tilveiebringe noen vekselspenning Uq (koblingstilstand Z5 eller Z6), mens strømretteren Q1 fra koblingstilstand Z5 eller Z6 veksler til koblingstilstand Z2 og via delstransformatoren Tr1 overfører en vekselspenning Uq = Ud på nettside-viklingen 1 hos spenningssummeringstransformatoren Tr, svarende til det første spenningstrinn på fig. 3a.

På tidspunktet t1 veksler strømretteren Q2 fra koblingstilstand Z5 eller Z6 ved sperring av de ledende thyristorer T1 eller T4, til koblingstilstand Z2, se fig. 3c, svarende til det annet spenningstrinn på fig. 3a. Ved tidspunktet t2 veksler vekselstrømmen i1 sitt fortegn fra " til "+", slik at strømretterne Ql og Q2 veksler fra koblingstilstand Z2 til koblingstilstand Z1, samtidig som thyristorene T1 og T4 overtar føringen av vekselstrømmen ig istedenfor diodene D1 og D4. Samtidig kobler strøm-retteren Q3, se fig. 3d, fra koblingstilstand Z5 eller Z6 til koblingstilstand Zl, svarende til det tredje spenningstrinn på fig. 3a. Den samme omkobling finner sted ved strømretterne Q4 og Q5 ved tidspunktene t3 og t4, se fig. 3e og 3f, svarende til det fjerde og femte spenningstrinn på fig. 3a. Ved tidspunkt t5 veksler strømretteren Ql fra koblingstilstand Z1 til koblingstilstand Z7 eller Z8 med Uq = 0. For strømretterne Q2 ... Q5 finner denne overgang sted

ved tidspunktene t6 ... t9.

For den negative halvperiode av vekselspenningen U1 gjelder tilsvarende som for de positive halvperioder. Ved tidspunktet t9 og t10 veksler strømretteren Q1 resp. Q2 fra koblingstilstand Z7 eller Z8 til koblingstilstand Z3, og etter nullgjennomgangen for vekselstrømmen i1 ved tidspunktet ti 1 til koblingstilstand Z4. Strømretterne

Q3 ... Q5 veksler ved tidspunktene ti 1 ... t13 fra koblingstilstand Z7 eller Z8 til koblingstilstanden Z4. Ved tidspunktene ti 4 ... t18 veksler strømretterne Q1 ... Q5 til koblingstilstand Z5 eller Z6.

Følgende koblingstilstander blir samtidig eller fortrinnsvis avvekslende benyttet, idet de strømledende halvleder-bygge-elementer blir belastet mest mulig likt og således blir oppvarmet minst mulig: Z5 med Z6 og Z7 med Z8. Ved tilsvarende overdimensjonering kan man sløyfe den alternerende utstyring.

Ved utførelseseksempelet ifølge fig. 4 er koblingstilstanden med Uq = 0 utelatt. Som i forbindelse med fig. 3b - 3f er der på det venstreskraverte område på fig. 4b - 4f vist koblingstilstander i strømretterne, hvor bare dioder er ledende. I det høyre skraverte område er det bare thyristorer som leder strømmen.

Ved tidspunktene t19 - t22 blir strømretterne Q1 - Q4 koblet etter hverandre fra koblingstilstand Z4 til koblingstilstand Z2. Ved tidspunktet t23 vil vekselstrømmen i1 endre sitt fortegn fra "-" til "+" og strømretterne Q1 - Q4 veksler fra diodeledende koblingstilstand Z2 til den thyristorledende koblingstilstand Z1. Strømretteren Q5 veksler fra thyristorledende koblingstilstand Z4 til den diodeledende tilstand Z2. Ved tidspunktet t24 endrer strømretteren Q5 seg fra koblingstilstand Z2 til koblingstilstand Z1. Ved tidspunktene t25 - t28 blir ved strømretterne Q1 - Q4 thyristorene frakoblet etter hverandre, slik at disse fire strømrettere går over i koblingstilstand Z3. Ved tidspunktet t29 vil vekselstrømmen il endre sitt fortegn fra "+" til idet strømretterne Q1 - Q4 veksler til koblingstilstand Z4 og strømretteren Q5 veksler til koblingstilstand Z2. Ved tidspunktet t30 veksler også strømretteren Q5 til koblingstilstand Z4.

Driften av strømretterne i henhold til fig. 4 har den fordel i forhold til driften i henhold til fig. 3 at hver strømret-ter under en periode av vekselspenningen U1 bare blir koblet inn og ut én gang. Derved reduserer man energitapene i

strømretterne. Thyristorkoblingen 17, spesielt koblings-motstanden 19, kan utlegges for denne reduserte belastning. Omkostningene for kjølingen av halvlederbygge-elementene blir således redusert. Utstyringen av thyristorene blir enklere. En ulempe er det mindre antall av spenningstrinn, som har til følge en dårligere etterligning av den ønskede sinusform for den vekselspenning U1 som skal tilveiebringes. Ved tilstrekkelig antall av strømrettere og ved stor fellesbelastning er dette problem imidlertid ikke av stor betydning. En ytterligere ulempe består i større energitap i jerndelen hos transformatorene Tr1 ... Tr13, fordi strømretterne regulatorene arbeider uten nullspennings-driftstilstand. I den forbindelse må hver deltransformator i praksis alltid belastes med bare nominell induktivitet. Ved lavere frekvenser, f.eks. 16 2/3 Hz, vil imidlertid jerntap ha mindre betydning. Sammenligningsvis større energitap opptrer ved strømledninger resp. strømskinner mellom strømretterne Q1 - Q13 og likespennings-mellomkretsen 10. Til forskjell fra dette vil der ved den driftsart som

er vist på fig. 3 ikke flyte noen strøm til mellomkretsen i nullspennings-koblingstilstandene Z5 - Z8.

Under den forenklede forutsetning at vekselstrøm i1 og vekselspenning U1 i nettside-viklingen 1 hos spennings-summeringstransformatoren Tr er i fase, og at den 13. deltransformator Tr13 ikke benyttes som momentanreserve ved spenningsdannelsen, vil driftsmåten for strømretterkob-lingen i henhold til fig. 4 påny bli kort omtalt. Ved et gitt tidspunkt flyter strømmen ved 7 fra samtlige 12 strømrettere gjennom de av thyristorene som kan føre den positive halvsvingning av strømmen, dvs. koblingstilstand Z1. Når thyristorene hos de øvrige fem strømrettere sperrer, blir strømveien fra deres regulatorside-transformatorviklinger 2 ledet via sperrediodene til plussdelen for likespennings-mellomkretsen 10. I tillegg må deres transformatorviklinger 2 tilveiebringe den nødvendige spenning, som er høyere enn mellomkretsspenningen Ud. Ved en oversetning av viklingsparene 1, 2 på 1:1, blir der i nettside-viklingene 1 for de aktuelle fem viklingspar tilveiebragt en motspenning som er like stor. I den forbindelse vil den momentane induserte fellesspenning U1 i nettside-viklingen 1 hos spennings-summeringstransformatoren Tr svare til den dobbelte verdi av mellomkretsspenningen Ud, nemlig 7 x Ud - 5 x Ud = 2 x Ud.

Når thyristorene hos en hittil sperret strømretter blir tent etter en tilsvarende tid, blir strømmen kommutert fra sperrediodene over på thyristorene. I den forbindelse vil strømpolariteten for denne strømretter endre seg i forbindelsen mellom strømretteren og likespennings-mellomkretsen 10. Strømpolariteten i viklingen hos spenningssum-meringstransformatoren Tr forblir uforandret, og bare spenningspolariteten for det aktuelle viklingspar blir endret. Derved blir den nye, momentane, induserte fellespenning U1 i nettside-viklingen 1 hos spennings-summeringstranformatoren Tr gitt en verdi 8 x Ud - 4 x Ud = 4 x Ud svarende til den firfoldige mellomkretsspenning Ud.

I ytterligere tilsvarende tidsavstander følger innkoblinger av ytterligere thyristorer for de strømrettere som inntil da har ledet strømmen via sperrediodene. Til slutt vil alle 12 strømrettere lede strøm via thyristorer. På dette tidspunkt svarer den momentane, induserte fellesspenning i nettside-viklingen 1 hos spennings-summeringstransformatoren Tr til tolv ganger verdien av mellomkretsspenningen Ud.

På den beskrevne måte kan der dannes en trappeformet spenningskurve fra 0 til amplitudeverdien i nettside-viklingen 1 for spennings-summeringstransformatoren Tr. Nedbygningen av den induserte samlede spenning i nettside-viklingen 1 hos spennings-summeringstransformatoren Tr fra amplitudeverdien til 0 vil finne sted ved hjelp av de tidsmessig forskjøvne utkoblinger av thyristorene i hver strømretter, som i nettsideviklingene for de tilhørende viklingspar endrer spenningspolaritet og derved reduserer den samlede spenning. Den negative halvperiode blir dannet på tilsvarende måte som den positive, idet de for den negative strømhalvperiode disponible thyristorer og sperredioder hos strømretteren blir aktivert.

Fordi strømmene og spenningene i nettside-viklingen 1 hos spennings-summeringstransformatoren Tr i den reelle driftsmodus som regel ikke er i fase, vil hver strøm-nullgjennomgang alltid nødvendiggjøre en endring av den momentane kombinasjon av strømretterne med hensyn til strømføring gjennom thyristorene resp. sperrediodene.

En endring av nettstrømmen i1 er alltid forbundet med en stivt koblet strømendring i alle deltransformator-viklingspar 1, 2. Tilsvarende kan spennings-summerings-transformatoren Tr bygges med en normal kortslutningsspenning på f.eks. 5%, idet strømformen ikke blir dårligere enn ved en vanlig strømretter som er koblet til en transformator med forhøyet kortslutningsspenning på f.eks. 30%, og arbeider i underharmonisk arbeidsmodus. Derved kan både transformatoromkostningene og kobbertapene reduseres, hvilket fører til en forbedring av den totale virkningsgrad.

Hver inn- eller utkobling av thyristorene fra en av de 12 strømrettere Q1 - Q12 bevirker en endring av den induserte momentane fellesspenningsverdi i nettside-viklingen 1 hos spennings-summeringstransformatoren Tr, svarende til en 1/6 av amplitudeverdien. Dette forholdsvis lille spenningssprang må bevirke en endring av strømmen i alle viklinger i spennings-summerings-transformatoren Tr. Tilsvarende vil spredeinduktiviteten hos alle viklinger gjøre strømendringen langsommere. I den forbindelse vil der oppstå en sterk strømglattingsvirkning, som bidrar til at strømform og derved også spenningsform på nettside-utgangsklemmene 3, 4 av spennings-summeringstransformatoren Tr inneholder færre overharmoniske, og bedre kan la seg tilpasse sinuskurven ved tilsvarende utstyring av strømretteren.

Det ovenfor beskrevne system gir også muligheten til, ved siden av dannelsen av den trappeformede spenning, å kunne finregulere denne. Til dette formål må i det minste én av strømretterne utføres med vanlig utførelse for taktdrift, dvs. med komplisert koblingsmekanisme (f.eks. reservetrinnet). En øket kortslutningsspenning hos deltransformator-viklingsparene 1, 2 hos denne strøm-rettete Q13 er ikke nødvendig, fordi også denne strøm-retter bare bidrar til brodelen ved dannelsen av fellesspennings-momentanverdien og til forvrengning av fellesstrømmen.

Under nøddrift kan vekselspenningen U1 også reguleres uten takten hos strømretterne ved forlengelse av

strømføringsvarigheten for de enkelte trinn. Dette medfører fremfor alt en høyere oversvingningsandel i den induserte spenningsgrunnharmoniske.

Fordi de enkelte viklingspar 1 , 2 hos spennings-summeringstransf ormatoren Tr arbeider med arbeidsmodus som

en strømomformer, må man sikre seg at strømkretsen ikke kan bli åpen hos noen av regulatorside-viklingene 2 i tilfellet av forstyrrelser, f.eks. når thyristorer eller sperredioder hos en regulator blir defekt og denne strømkrets blir adskilt fra systemet ved sikringene på mellomkrets- og transformatorsiden. For dette formål blir der til hver regulatorside-transformatorvikling 2 installert en thyristorkortslutter 5 for begge strømretninger.

Thyristorene for kortslutteren 5 må i et hvert tilfelle ha automatiske, selvtennende nødtennekretser, som automatisk gjør kortslutteren ledende ved en overskridelse av en forhåndsgitt maksimalspenning. Denne maksimalspenning må

være noe høyere enn den maksimale driftsspenning hos likespennings-mellomkretsen 10. Realiseringen av nødtenne-kretsen blir i det minste, som allerede kjent, løst ved hjelp av kippdioder som ved oppnåelse av en bestemt spenning blir ledende og tenner thyristorene via den normale tennkrets.

Ved siden av nødtennekretsene kan kortslutterthyristorene

være utført med ytterligere tennkretser, som til enhver tid tillater en ønsket tenning. Derved kan vekselstrømkoblerne i 5 brukes som et alternativ til reguleringsformål, nemlig ved nullspenningsdannelsen Uq = 0 for en strømretter, svarende til koblingstilstandene Z5 - Z8. I den forbindelse blir vekselstrømkobleren 5 innkoblet under det tilsvarende tidsintervall. På samme tid kommer de allerede for koblingstilstanden Z5 - Z8 nødvendige tennsignaler til anvendelse for strømretterne.

Fordi bare ett og ett halvlederbygge-element er strømførende

i forbindelse med vekselstrømkobleren 5, til sammenligning med to strømførende halvlederbygge-elementer i koblingstilstandene Z5 - Z8, vil energitapene under disse tidsintervaller bli redusert.

i Generelt blir størrelsen av vekselspenningen hos en strømretter regulert enten ved regulering av mellomkrets-likespenningen Ud, f.eks. ved port- eller lukestyring av den nettførte 50-Hz-matestrømretter 15, eller ved e„ n eneste av strømretterne, som i taktdrift arbeider med høyere frekvens. Utstyringen av de øvrige strømrettere betjenes av en annen regulering, som er ansvarlig for spenningsform og faseleie på nettside-utgangen fra spenningssummerings-transformatoren Tr..

Industriell anvendelse

Strømretterkoblingen ifølge oppfinnelsen egner seg til energioverføring i to retninger, dvs. fra vekselspenningsnettet N1 til vekselspenningsnettet N2 eller omvendt, fortrinnsvis i et effektområde på 5 MW - 20 MW. Begge nett kan selvsagt ha flere faser. I dette tilfelle er der for hver fase av vekselstrømmen anordnet en spennings-summeringstransformator Tr med deltransformatorer Tr1 ... Tr13 og tilhørende strømrettere Q1 ... Q13 og vekselstrømkoblere 5. Der kan også benyttes flere eller færre enn 13 deltransformatorer for hver spennings-sumneringstransformator Tr. Strømretterkoblingen kan også benyttes i forbindelse med frekvensomformere for trefase-nett, f.eks. 50Hz/60Hz eller 60 Hz/25 Hz, osv.

Istedenfor vanlige thyristorer i vekselstrømkobleren 5 kan der også benyttes utkoblbare GTO-thyristorer, eller transistorer for mindre strømmer. Istedenfor GTO-thyristorer i strømretteren kan der selvsagt anvendes vanlige thyristorer med slukkekretser eller transistorer. Etter behov kan der være koblet flere thyristorer i serie og/eller parallell.

Med strømretterkoblingen er det mulig, uavhengig av energioverføringsretningen, å tilveiebringe en effektover-føring i det kapasitive og induktive område, dvs. koblingen kan også benyttes som en blindlastkompensator. Strøm-retterkoblingen kan drives i parallell med andre spen-ningskilder i nettet. En belastning på strømretter-koblingen fra praktisk talt null til full last er mulig uten drastiske virkningsgradsreduksjoner og uten vesentlig økning av oversvingnings-andelen.

Claims (5)

1 . Fremgangsmåte for styring av en strømretterkobling, a) som står i driftsforbindelse med en spenningstrans-formator (Tr) som omfatter flere magnetisk ikke-koblede deltransformatorer (Tr1 - Tr13), idet hver deltransformator i det minste omfatter en nettside-vikling (1) og minst en strømretterside-vikling, (2), b) idet nettside-viklingene (1) av deltransformatorene er koblet i serie, og c) strømrettersideviklingen (2) for hver deltransformator (Tr1 - Tr13) står i driftsforbindelse med en strømretter, (Ql - Q13), d) idet man for fremskaffelse av i det minste en tilnærmet sinusformet vekselspenning (U1) med en forhåndsbestemt frekvens, lar amplituden av grunnsvingningen for denne vekselspenning bli dannet i spenningstrinn ved trinnvis addisjon og/eller subraksjon av delspenninger eller likespenninger av samme størrelse (Ud), e) idet begynnelsen og slutten på hvert spenningstrinn tidsmessig er slik avpasset at den ved spennings-trinnene fremskaffede trappeform er tilpasset sinus-formen, f) idet hver delspenning (Ud) blir fremskaffet ved hjelp av en separat delspenningskilde (Tri, Q1; Tr2, Q2; ... Tr13, Q13), og g) delspenningskildene blir frakoblet i samme rekkefølge som de ble koblet inn ved dannelsen av trappeformen, karakterisert vedh) at en til vekselspenningstilkoblingen ( 6, 7) av strøm-retterne (Q1 - Q13) parallellkoblet elektrisk ventil (5) blir gjort ledende etter utkobling av en tyristor (T1 - T4) i en strømretter (Q1 - Q13).

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at en strømretter (Q13) for finregulering av den trappeformede spenning blir taktpåvirket med høyere frekvens enn de øvrige strømrettere (Q1 - Q12).

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at strømledende strøm-grener eller koblingstilstander (Z5, Z6; Z7, Z8) for en strømretter (Q1 - Q13) blir benyttet avvekslende, for å . belaste de strømførende halvlederbyggelementer mest mulig termisk likt.

4. Strømretterkobling, a) som står i driftsforbindelse med en spenningstransfor-mator (Tr) som omfatter flere magnetisk ikke-koblede deltransformatorer (Tr1 - Tr13), idet hver deltransformator i det minste omfatter en nettside-vikling (1) og minst en strømretterside-vikling (2), b) idet nettside-viklingene (1) av deltransformatorene er koblet i serie, og c) strømretterviklingen (2) for hver deltransformator (Tr1 - Tr13) står i driftsforbindelse med en strømretter (Ql - Q13), d) idet hver strømretter (Q1 - Q13) oppviser en brokobling med hver sin utkoblebar tyristor (T1 - T4) for hver brogren, og e) idet det for hver tyristor for denne brokobling er anordnet en antiparallellkoblet diode (D1 - D4), karakterisert vedf) at det for vekselspenningstilkoblingen for hver strømretter (Q1 - Q13) er parallellkoblet minst en vekselstrømsbryter (5).

5. Strømretterkobling som angitt i krav 4, karakterisert ved at vekselstrømbryteren utgjøres av en tyristor-vekselstrømsbryter (5).