SE438754B - Kopplingsanordning for att alstra reaktiva strommar, som snabbt kan forendras i sin storlek och kurvform - Google Patents

Description

10 50 55 7807326-9 [\) försedd med tvångskommuterade halvledarventiler (tyska Offen- legunsschrift 25 29 287). Strömriktartransformatorn är utfor- mad som läcktransformator. På ett fördelaktigt sätt omvandlas vid denna kända anordning den primära matningsspänningen ge- nom läcktransformatorn till en genom.regleringsanordningen inkopplad spänning av relativt lågt värde. Vidare är läck- transformatorn avsedd att alstra en induktiv strömkomponent.

För att kompensera snabbt föränderliga reaktiva ström- mar och göra dessa symmetriska har dessutom föreslagits en anordning (tyska patentet 26 44 682.2) som består av en självförd strömriktare s.k. fyrkvadrantregulator och en tre- fasig kondensator som lämpligen dimensioneras på sådant sätt, att de tre kondensatorfasernas strömmar är ungefär hälften så stora som den största förbrukarströmmen som skall kompen- seras i respektive fas. Enligt detta tidigare förslag bestäm- mes den aktiva delen av strömmen i strömriktar-kompenserings- regulatorn genom dess effektiva konduktansvärde-börvärde. Som börvärde för kompenseringsregulatorns reaktiva ström uppmätes direkt och utan fördröjning summamomentanvärdena för förbru- karens strömmar och för en med denna parallell trefasig kon- densator och minskas med den aktiva delen av förbrukarström- marnas plusföljdsystem, varvid den aktiva delen alstras ge- nom en konduktansomformare genom automatisk multiplicering av ett mot förbrukarens konduktans proportionellt värde med sådana värden som är proportionella mot spänningarnas tids- förlopp i trefasnätet. Börvärdenas storlek för kompenserings- regulatorns konduktans resp. för den som kompenseringsregu- lator använda fyrkvadrantregulatorns konduktans bestämmas ge- nom en anordning för reglering av medelspänningen på fyrkva~ drantregulatorns likströmssida. Den för denna kopplingsanord- ning nödvändiga mätvärdesomformaren är angiven i en tidigare tysk patentansökning (P 26 57 168.6).

För att konstruera en självförd strömriktare är som styrbara strömriktarventiler tyristorer med särskilt låga fri- givningstider nödvändiga, vilka vid tillverkningen endast er- hålles i ringa antal. För kompenseringsanordningar med stor effekt kan det följaktligen vara av fördel att använda nät- förda strömriktare, då i detta fall kraven på tyristorernas frigivningstid är väsentligt lägre. 7807326-9 Det är tidigare känt att med två nätkommuterade styr- bara bryggströmriktare, vilka på likströmssidan över två drosslar är seriekopplade och av vilka den ena bryggström- riktaren arbetar inom likriktaromràdet med exempelvis en styrvinkel av0¿== 75° och den andra strömriktaren arbetar inom växelriktarområdet, med exempelvis en styrvinkel av 0¿= lO5° avge en bestämd önskad reaktiv effekt till ett växelströmsnät och härvid även reducera övertonhalten genom att avge motsvarande strömmar (tyska utläggningsskriften 22 01 800). Även vid denna kända anordning ställer ett pa- rallellt med växelströmsnätet anslutet trefasigt kondensa- torbatterí en kapacitiv reaktiv effekt till förfogande.

Strömriktarventilerna är vid den kända anordningen direkt anslutna till växelströmsnätet, så att de kan dimensioneras på motsvarande sätt. Ändamålet med uppfinningen är att med utgång från en kopplingsanordning med en strömriktartransformator och de övriga inledningsvis beskrivna kännetecknen kunna använda styrbara strömriktarventiler, särskilt tyristorer, vilkas frigivningstider ej behöver vara extremt låga. Dessutom skall det vara möjligt att medelst kopplingsanordningen alstra strömmar med inställbar kurvform.

Uppfinningen kännetecknas som framgår av bifogade patent- krav.

Uppfinningen beskrives närmare härnedan med hjälp av nâgra utföringsexempel under hänvisning till bifogad ritning, \5'\ 55 7807326-9 på vilken fig. l visar en kopplingsanordning med enfas-brygg- koppling och styr- och regleringsutrustning, varvid endast utförandet av en fas visas, fig. 2 visar tidsförlopp av ström- mar och spänningar vid kopplingen enligt fig. l, fig. 5 visar en utföringsform.av kopplingsanordningen med trefasiga se- kundärlindningar i stjärnkoppling och med till dessa anslut- na trefasbryggkopplingar och fig. 4 visar tidsförlopp av strömmar och spänningar hos kopplingsanordningen enligt fig. - c I fig. l visas en fas i kopplingsanordningen, varvid en strömriktartransformator har exempelvis fyra lika sekun- därlindningar l-4 och en primärlindning 5. Primärlindningen är kopplad i triangelkoppling med de ytterligare icke vi- sade primärlindningarna hos strömriktartransformatorn. Paral- lellt med primärlindningen 5 är kopplad en kondensator 6 som är så dimensionerad, att vid anslutning till nätspänningen uppstår en ström, vars toppvärde är ungefär så stort som det största ögonblickliga värdet av strömmen som skall kompense- ras. Till de lämpligen identiska sekundärlindningarna l-4 är i enfas bryggkoppling fyra ventilsatser anslutna med ström- riktarventilerna för vintilsträckorna ll, 15, l4, 16 och 21, , 24, 26 och 51, 55, 54, 46 samt 41, 45, 44, 46. Fyra lika på enfasströmriktarens likströmssida anslutna glättningsdros- sellindningar 10, 20, 50 och 40 kan vara anordnade på en ge- mensam järnkärna. Samtliga fyra enfasströmriktare är på lik- strömssidan seriekopplade och tillsammans bildar en kortslut- ningskrets.

Styrutrustningen för denna kopplingsanordning består av en börvärdesgivare 50, vars utgång 50a med utgángssignalen iqsoll är förbunden med ett jämförelseställe 51. Jämförelse- stället 51 är på utgàngssidan ansluten till en anordning 54 för ventilövervakning och styrning. Denna anordning övervakar ström och spänning hos varje ventilsträcka, exempelvis in- gångarna lla och llb och dessutom över en lämplig styrsats åstadkommer styrorder för ventilerna ll, 15, l4, 16 och 21, , 24, 26 och 51, 55, 54, 56 samt 41, 45, 44, 46. Sådana anordningar är allmänt kända i andra samband, exempelvis ge- nom tyska Offenlegungsschrift 24 41 962 är en anordning känd för övervakning av spärrspänningen, visserligen endast för 55 7807326-9 tyristorskydd i samband med en HGUe anläggning.

Dessutom är anordnad en regleringskrets med en lik- strömsregulator 60 som håller den över en mätvärdeavkännare Gl avkända likströmmen i¿ vid ett konstant värde och vid skillnader mellan börvärdet Idsoll och ärvärdet Id hos lik- strömmen som ett förtecken anger ett effektivt strömvärde iwsoll som adderas till det från regleringen av den reaktiva strömmen härledda börvärdet iqsoll för strömmen i strömrik- tartransformatorns primärlindning 5. Iikströmmens värde skall väljas så stort, att vid symmetrisk utstyrning av samtliga ventilsträckor ll...46 strömmen i i primärlíndningen 5 blir ungefär så stor som kondensatorströmmens toppvärde.

Härnedan förklaras kopplingsanordningens arbetssätt vid den approximativa alstringen av ett önskat förlopp av den reaktiva strömmen enligt exemplet i fig. 2.

Kurvan l visar den i sinusform förlöpande spänningen uRS och kurvan 2 visar det genom den överordnade kompense- rings-styranordningen 50 angivna börvärdet iqsoll för ström- men som skall upptas av transformatorlindningen 5. Om vid en strömriktarbrygga likströmmen id flyter genom två diagonalt mittemot varandra belägna ventiler, exempelvis 13 och ll, då flyter likströmmen id även över den tillhörande sekundärlind- ningen hos transformatorn exempelvis lindningen 1, vilket medför en motsvarande ström i i primärlindningen 5. Om där- emot likströmmen id vid s.k. frigångsdrift flyter över tvâ intill varandra belägna med samma transformatoranslutning förbundna ventiler, exempelvis 13 och 14, förblir den till- hörande transformatorlindningen exempelvis lindningen 1 ström- fri och ger således icke något bidrag till primärströmmen i .

Vid konstant likström id är följaktligen under beaktande av förtecknet nio olika värden mellan -lOO och +lOO % möjliga ” för strömmen i i primärlindningen 5, alltefter hur många av de fyra bryggorna just befinner sig i frigångsdrift. Om i primärlindningen 5 skall flyta den största strömmen iq som betecknas med lOO %, får ingen av bryggorna arbeta i frigång.

Arbetar däremot samtliga bryggor i frigàng är primärströmmen O %.

I fig. 2 är införda de möjliga värdena av primärström- men iq som tunna med tidaxeln parallella linjer. Vid begynnel- 50 7807326-9 sen av det visade tidsintervallet är strömvärdet iqsoll lågt.

Strömmens ärvärde (den med kraftig linje utdragna trappstegs- kurvan 5) är 0%. Samtliga bryggor arbetar i frigång, de ledan- de ventilerna är 15,14 och 25,24 och 55,54 och 45,@4. I den nedre delen av fig. 2 är det ledande tillståndet av en ventil kännetecknat genom en heldragen linje. Begynnelsen och slu- tet av det ledande tillståndet är framhävda genom tvärgående linjer. Vid tidpunkten a överskrider primärströmmens i bör- värde iqsoll kopplingsgränsen +l2,5 % som ligger mittemellan primärströmmens i möjliga ärvärden 0% och 25%. Detta kan fastställas genom komparatorn 51 till vilken matas variabeln iqsoll eller genom olika icke visade tröskelvärdekretsar. På känt sätt kommer överskridandet av kopplingsvärdet att avkän- nas av styranordningen 54 som sedan åstadkommer tändningen av ventilsträckan ll. Med hjälp av den i detta ögonblick po-, sitiva nätspänningen uRS kommuteras likströmmen från venti- len 14 till ventilen ll, likströmmen id flyter nu över trans- formatorns sekundärlindning l och primärströmmen i har nu värdet +25 %. På motsvarande sätt tändes i ögonblicken b och c ventilerna 21 och 51, efter tidpunkten c har primärström- men i värdet 75%. Då börvärdet iqsoll ej överskrider gräns- värdet 87,5%, förblir den fjärde bryggan i frigångsdríft. Vid tidpunkten d underskrider börvärdet iqsoll gränsen 6?,5% ooh den till lindningen 1 anslutna bryggan bringas åter till fri- gång genom tändníng av ventilen 16. Iikströmmen kommuteras härvid med hjälp av den under tiden negativ blivna spänningen uRS från ventilen 15 till ventilen 16. Motsvarande är för- loppet vid tidpunkterna e och f. Från f till g är samtliga bryggor åter i frigångstillstånd. Vid tidpunkten g föres lik- strömmen id genom tändning av ventilen 46 i negativ riktning över lindningen 4, primärströmmen intar värdet 25%. Valet av ventilen ll....46 som skall tändas sker enligt följande regel: skall primärströmmen i ökas under beaktande av förtecknet dvs. i positiv riktning, måste en ventil med udda beteckning..- siffra tändas. Är vid denna tidpunkt flera ventiler med udda beteckning strömlösa tändes den ventil som är strömlös under längsta tid. Skall primärströmmen minskas tändes en ventil medjämnabeteckningsnummer.

För att hålla likströmmen id vid konstant värde bildas \ï\ lO Fd \}'l 55 7807326-9 med hjälp av likströmsregulatorn 60 på känt sätt ett börvärde iwsoll för den aktiva strömmen som tillsättes till börvärdet iqsollw för den reaktiva strömmen hos primärströmmen. Såsom fig. 2 visar följer primärströmmens ärvärde i snabbt och med ringa fel sitt resulterande börvärde iqsoll. Primärström- mens i effektiva andel inställer sig automatiskt vid den be- skrivna anordningen på sådant sätt, att samtliga förluster i transformatorn, drosslarna och ventilerna exakt täckes.

Den i fig. l i samband med den som enfasig visade an- ordningen förklarade funktionen förändras ej om strömriktar- bryggorna i alla tre faser - hos den i regel trefasiga anord- ningen seriekopplas till en enda likströmkrets. Härvid är det ändamålsenligt att direkt seriekoppla tre bryggor vilka ligger i olika faser, så att summaspänningen blir densamma som hos en sexpulsig strömriktare. När summaspänningen av samtliga strömriktarbryggor ej intar alltför höga värden, behöver man icke uppdela glättningsspolelindningarna. Primärlíndningarna för de trefasiga anordningarna drives i triangelkoppling som tidigare nämndes.

För att minska uppbådet för den trefasiga anordningen föreslås enligt en vidareutveckling av uppfinningstanken, att man i stället för en enfasströmriktare skall använda en spe- ciell form av en trefasig strömriktare. Denna möjlighet är vi- sad i rig. 5. Parallellt med ett trefasigt kondensatorbatteri 6 är ansluten den i triangel kopplade primärlindningen 5 hos en trefastransformator, som har fyra sekundärlindningar 1....l+.

Sekundärlindningarna är stjärnkopplade. De till 1indningsän~ darna anslutna ledarna betecknas med R,S,T, nollpunkterna med N. Till de fyra ledarna av varje sekundärlindning l....4 är ansluten vardera en strömriktarventilsats i fyrfas bryggkopp- ling och kopplingen kan även betecknas som en trefasbrygga med två styrda nollanoder. Ventilernas tillhörighet till de fyra olika grenarna är antydd med bokstäverna R,S,T och N och till- hörigheten till de 8 olika kommuteringsgrupperna med siffror- na ll,l2,2l,22,5l,š2,4l,&2. På likströmssidan är alla fyra bryggkopplingarna seriekopplade, strömkretsen innehåller en glättningsdrossel 9 och en parallellresonanskrets med en drossel 7 och en kondensator 8. Parallellresonanskretsens resonansfrekvens måste väljas till den dubbla nätfrekvensen. 50 55 7807326-9 Regleringsanordningen motsvarar den som har beskrivits i sam- band med fig. l, varvid utom mätanordningarna 55 för att av- känna ventilernas strömlösa tillstànd finns liknande anord- ningar för nollventilerna.

Pig. 4 visar hur det med denna anordning blir möjligt att anpassa strömmarna i transformatorns primärlindning 5 till ett givet börvärde snabbt och med jämförelsevis ringa fel. I fig. 4 anger de tunt utdragna kontinuerliga kurvorna börvär- dena iRSol1, issoll, iTSoll hos lindningsströmmarna på pri-' märsidan och de i trappstegsform förlöpande kurvorna ärvärde- na iR,is,iT för dessa strömmar. Iedningstiderna för de en- skilda ventilerna l2....4l framgår av den nedre delen av fig. 4. De fyra olika grenarna R,S,T,N, är betecknade med olika sorts linjer, de åtta olika kommuteringsgrupperna genom de tillhörande siffrorna ll...42. Tändningen av de enskilda ven- tilerna sker enligt följande regler: l._ Om man önskar öka värdet för en primärström med ett positivt ögonblickligt värde, måste man tända en till en fas- ledare i respektive fas ansluten ventil från en kommuterings- grupp med en udda hänvisningssiffra. Är vid denna tidpunkt flera ventiler av denna typ strömlösa tändes ventilen i den kommuteringsgrupp vars nollanodventil har den längsta bränn- tiden. 2. Skall värdet för en primärström iR,iS eller iT med positivt ögonblickligt värde minskas, måste man tända den till en nolledare anslutna ventilen i en kommuteringsgrupp med udda hänvisningssiffra. Är vid denna tidpunkt flera ventiler av denna typ strömlösa, tändes ventilen i den kommuterings- grupp, vars till respektive fas hörande ventil har längsta bränntid. För primärströmmar med exakt negativa ögonblicke- värden gäller samma regler endast í stället för kommuterings- gruppen med udda beteckningssiffror väljes en sådan med jämn hänvisningssiffra. Exemplet i fig. 4 visar ett system av pri- mära lindningsströmmar med kraftig ossymetri. Med ett sym- metriskt spänningssystem bildar de'i samma riktning förlöpan- de komponenterna hos:det osymmetriska strömsystemet en i tiden konstant effekt, och de i motsatt riktning förlöpande kompo- nenterna ger en med.den dubbla nätfrekvensen svängande växel- strömseffekt. Parallellresonanskretsen möjliggör att man I 7807326-9 åstadkommer denna växelströmseffekt från likströmsïcretsen T,8 utan någon mêirkbar pulsering av líkströmmen id.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 7807326-9 ID Patentkrav

1. Kopplingsanordning för att alstra reaktiva strömmar som snabbt kan förändras i sin storlek och kurvform, med en till det trefasiga växelströmsnätet som skall påverkas ansluten strömriktartransformator som har flera sekundär- lindningar per fas, vilka kan inkopplas medelst nätstyrda strömriktarbryggkopplingar eller kan förbikopplas i fri- gångsdrift, varvid bryggkopplingarna på likströmssidan är sammankopplade och över minst en glättningsdrossel är seriekopplade med varandra till en sluten krets, med ett till växelströmsnätet parallellt anslutet trefasigt kondensa- torbatteri för att förbereda en bestämd kompenserande reaktiv effekt och med en styr- resp. regleringsanordning som innehåller en ventilstyrning, k ä n n e t e c k n a d därav, att kopplingsanordningen innehåller en börvärdes- givare (50) för den reaktiva strömmen, en komparator (51) för att jämföra bestämda börvärden för den reaktiva och den aktiva strömmen och en anordning (54) för ventilöver- vakning och styrning, varvid de tre strömmarna i transfor- matorns primärlindningar (5) oberoende av varandra genom flerstegsstyrning av sekundärlindningarna (1,2,3,4) approximeras till de bestämda börvärdena, att antalet styr- steg för en polaritet överensstämmer med antalet sekundär- system (1-4) hos strömriktartransformatorn, att vid över- skridande av en positiv kopplingsgräns resp. vid under- skridande av en negativ kopplingsgräns genom strömmens börvärde medelst komparatorn (51) en ventilsträcka tänds över anordningen för ventilövervakning och styrning (54), vilken anordning är förbunden med transformatorns sekun- därlindning (1,2,3 resp. 4) hos resp. fas och är ansluten till den i jämförelsetidpunkten positiva spärrspänningen när nätspänningens förtecken och avledningen av strömmens börvärde i tiden överensstämmer.

2. Kopplingsanordning enligt krav 1, k ä n_n e t e c k - n a d av att vid underskridande av en positiv kopplinge- gräns resp. vid överskridande av en negativ kopplingsgräns 7807326-9 ll genom strömmens börvärde åstadkommes medelst komparatorn (51) över styranordningen (54) tändning av den ventil- sträcka som är förbunden med transformatorlindningen (1,2, 3 resp. 4) hos tillhörande fas och är ansluten till den vid jämförelsetidpunkten positiva spärrspänningen när nät- spänningens förtecken och förtecknet för avledningen av strömmens börvärde i tiden överensstämmer.

3. Kopplingsanordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av mätanordningar (55) vilka av- känner varaktigheten av det strömlösa tillståndet över varje ventilsträcka och över styranordningen (54) tänder den av positiv spärrspänning påverkade ventilsträckan (11...46) som har det största mätvärdet vid tiden för det strömlösa tillståndet.

4. Kopplingsanordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att vid användning av trefas- bryggkopplingar även en fjärde på växelströmssidan med nollpunkten i det sekundära lindningssystemet förbundet ventilgrenpar är anordnat och att vid underskridande av en positiv kopplingsgräns resp. överskridande av en negativ kopplingsgräns genom strömmens börvärde åstadkommes medelst komparatorn (51) över resp. styranordning (54) tändning av ventilsträckan, som är förbunden med transformatorlind- ningens(1,2,3 resp. 4) respektive fas och är ansluten till den vid jämförelsetidpunkten positiva spärrspänningen när förtecknen för nätspänningen och för avledningen av ström- mens börvärde i tiden överensstämmer.

5. Kopplingsanordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k - n a d av mätanordningar (55) som avkänner varaktigheten av det strömförande tillståndet hos de med fasledarna för- bundna ventilgrenarna och åstadkommer tändningen av den med positiv spärrspänning påverkade ventilsträckan som hör till den kommuteringsgrupp, i vilken ventilen med det största mätvärdet för strömföringen av samtliga ventiler i resp. fas ligger. 7807326-9 lå

6. Kopplingsanordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k - n a d av mätanordningar som avkänner varaktigheten av strömledningen hos de med nollpunktledarna förbundna ven- tilgrenarna och åstadkommer tändningen av de genom positiv spärrspänning påverkade ventilsträckorna, som hör till den kommuteringsgrupp, i vilken nollventilen har det största mätvärdet för strömföringen.

7. Kopplingsanordning enligt något av föregående krav, k ä n n'e t e c k n a d av en likströmsregulator (60) som håller likströmmen i den slutna kretsen konstant och vid skillnader mellan bör- och ärvärde hos likströmmen med rätt förtecken avger ett börvärde för den effektiva strömmen som tillfogas till det från den reaktiva ström- styrningen härledda börvärdet för strömmen i strömriktar- transformatorns primärlindning (5).

8. Kopplingsanordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att för att åstadkomma effekt- svängningar av den dubbla nätfrekvensen är i likströms- kretsen inkopplad en till denna frekvens avstämd parallell- resonanskrets, vilken består av en drossel (7) och en kon- densator (8).