SE444376B

SE444376B - STATICAL FREQUENCY CONVERTER FOR CONNECTING A MULTIPLE-PHASE PRIMARY TO A SINGLE-PHASE SECONDARY

Info

Publication number: SE444376B
Application number: SE7809490A
Authority: SE
Inventors: H Stemmler
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1977-09-14
Filing date: 1978-09-08
Publication date: 1986-04-07
Also published as: CH635214A5; SE7809490L; AT373449B; DE2746588C2; DE2746588A1; NO151437B; NO783058L; NO151437C; ATA480978A

Description

1. 7809490-1 2 för den aktiva effekten identiskt lika vid ingångs- och utgångs- sidan.JDen heräknas enligt följande ekvationer i PÅ =M4É4 ' (5) i Pzäuæia. i s :ul I* mlwøtﬁfun) °°'(Wt+'ﬁ4) =uzLäL°°°(Wt+°F«L)W(“tW¿I-) =~eﬂ~flß~f~;f«»~fif>+mçf«~fíf>1 aïßlwﬂwgwumlwwuyfl In; ,%== i 'Pina fä;= Den aktiva effekten består sålunda av en konstant andel pl, 2= och en pulserande andel pl, 2fv. Såsom summaeffekt p erhålls: Përiff* 5). ell-g:- mßwtﬁfm+lß¿,}tﬁ=ša.mfïwfﬁfg4,_+lf¿¿)+ßšhßøå(ffqfiﬁ Vid symmetriska trefassystem enhålles såsom känt ett kontinu- erligt effektflöde. Vid enfasiga växelströmssystem däremot är den aktiva effekten principiellt pulserande. 1. 7809490-1 2 for the active effect identical to the input and output page.JD is recalculated according to the following equations i PÅ = M4É4 '(5) i Pzäuæia. i s : ul I * mlwøt ﬁ fun) °° '(Wt +' ﬁ4) = uzLäL °°° (Wt + ° F «L) W (“ tW¿I-) = ~ e ﬂ ~ flß ~ f ~; f «» ~ fif> + mçf «~ fíf> 1 aïßlw ﬂ wgwumlwwuyfl In; ,% == i 'Pina fä; = The active effect thus consists of a constant proportion of p1, 2 = and a pulsating proportion pl, 2fv. As a sum effect p is obtained: Përiff * 5). ell-g: - mßwt ﬁ fm + lß¿,} t ﬁ = ša.mfïwf ﬁ fg4, _ + lf¿¿) + ßšhßøå (ffqfi ﬁ In symmetrical three-phase systems, as is known, a continuous honest power flow. In the case of single-phase AC systems, on the other hand the active effect is in principle pulsating.

Vid direktfrekvensomformare, som förbinder ett trefassystem med ett enfas växelströmssystem, kan man därför endast hindra överföring av den pulserade, aktiva effekten till trefassidan, om nätkopplingen innehåller ytterligare, på lämpligt sätt I anordnade lagringsorgan.For direct frequency converters, which connect a three-phase system with a single-phase AC system, one can therefore only prevent transmission of the pulsed, active effect to the three-phase side, if the mains connection contains additional, suitably I arranged storage means.

För detta ändamål tillförs utgångsspänningarna från de ovan nämnda, två direktfrekvensomformarna (DUR l och DUR 2 i fig.) över en induktans X respektive över en kapacitet och en induk- L tans XLC en gemensam transformator T, som matar bannätet. Induk- tanserna och kapaciteterna övertar lagringsfunktionen.Ü Induktanserna och kapaciteterna är dimensionerade så att man först vid 100 % effekt kan styra frekvensomformarnas utgångs- spänningar. ul och uz i sin amplitud lika och i sitt fasläge förskjutna 900 från varandra. Därvid är frekvensomformarnas utgângsströmmar il och i2 vid varje tidpunkt i fas med sina tillhörande spänningar ul och u2 och ävenledes lika i sina Vamplituder. 3 7so949o-1 Pâ detta sätt uppkommer vid 16 2/3 Hz-sidan ett roterande fäl _ med Kontinuerligt flöde av aktiv effekt. I 1 Såsom ovan angetts, fungerar denna princip först vid full effekt (100 8) och är därför icke utan vidare allmänt användbar.For this purpose, the output voltages from those above are supplied mentioned, the two direct frequency converters (DUR 1 and DUR 2 in fig.) over an inductance X and over a capacitance and an inductance L XLC is a common transformer T, which feeds the rail network. Inductive capacities and capacities take over the storage function.Ü The inductances and capacities are dimensioned so that one only at 100% power can control the output of the frequency converters tensions. ul and uz in their amplitude equal and in their phase position offset 900 from each other. Thereby, the frequency converters output currents i1 and i2 at each time in phase with their associated voltages ul and u2 and also equal in their Vamplituder. 3 7so949o-1 In this way, a rotating field arises at the 16 2/3 Hz side _ with Continuous flow of active power. I 1 As stated above, this principle only works at full power (100 8) and is therefore not generally useful.

Föreliggande uppfinning har till ändamål att utforma och dimensionera den på basis av denna allmänna princip uppbyggda kopplingen så att en pulsation av I aktivieffekt undviks över hela effektområdet 0-100 %. Enligt uppfinningen upp- nås detta genom att de båda inpedanserna X1, XLC h0S ﬂätk0PP1l"9ß" är Vilda lika stora med avseende på beloppetz' XL = *Le = * att amplituderna U1, U2 hos de båda omformarnas utgångsspänningar är valda lika och deras faslägen UI, U2, i förhållande till sekundärnätspännings- vektorn väljs motsatt lika: ' U1 = U2 = U; u1 = ~ uz- där U betyder utgångsspänningen hos den av de båda parallellkopplade direkt- frekvensomformarna bestående statiska frekvensomformaren; varmed även de mot- svarande strömmarna il, i2 blir lika varandra: 'i1,=i2=l där i betyder utgångsströmmen hos den av de båda parallellkopplade direkt- frekvensomformarna bestående statiska frekvensomformaren, och vilkas faslägen står i följande samband med varandra V i1 = ' iz- Såsom lätt kan visas, bortfaller under dessa förhållanden den pulsationsberoende andelen av den aktiva effekten. Om man dess- utom sätter 7 ~ frwn =-( -78009490-1 04 och substituerar de ovan nämnda uttrycken i ekvation 5 för den, aktiva effekten, erhåller man: “ i g Pšlg mßwf -äﬁwfïwhšﬂfﬁbš- malpu; ﬂg» Wik/Wax) Den inom klammer stående, första termen försvinner uppenbarligen så att man erhåller: ' p = 'lll maya; dvs., att pulsationsberoendet är eliminerat.The present invention has for its object to design and dimension it basis of this general principle constructed the coupling so that a pulsation of In asset power, 0-100% is avoided over the entire power range. According to the invention this is achieved by the two inpedances X1, XLC h0S ät ätk0PP1l "9ß" being Wild equal in terms of beloppetz ' XL = * Le = * that the amplitudes U1, U2 of the output voltages of the two converters are selected equal and their phase positions UI, U2, in relation to the secondary mains voltage the vector is chosen opposite equally: ' U1 = U2 = U; u1 = ~ uz- where U means the output voltage of the one of the two parallel-connected direct the frequency converters consisting of the static frequency converter; with which even the corresponding currents il, i2 become equal to each other: 'i1, = i2 = l where i means the output current of the of the two parallel-connected direct the frequency converters consisting of the static frequency converter, and whose phase modes are in the following relation to each other V i1 = 'iz- As can be easily seen, under these conditions it lapses pulsation-dependent proportion of the active effect. If one dess- except sets 7 ~ frwn = - ( -78009490-1 04 and substitutes the above-mentioned expressions in Equation 5 for it, active effect, you get: “ i g Pšlg mßwf -ä ﬁ wfïwhš ﬂ f ﬁ bš- malpu; »g» Wik / Wax) The bracket, the first term, obviously disappears so that one obtains: ' p = 'lll maya; that is, that the pulsation dependence is eliminated.

Man kan även uttrycka det så att med avtagande effekt, varvid på grund av det ringa spänningsfallet vid XL och XLC de båda frekvensomformarnas utgångsspänningsvektorer gl och 02 allt mer närmar sig varandra i fasläge, en styrning är möjlig, vid vilken frekvensomformarnas utgångsströmvektorer 11 och 12 i sådan grad avlägsnar sig från varandra i sitt fasläge som spänningsvektorerna närmar sig varandra, och att_därvid flödet av aktiv effekt förblir kontinuerligt.One can also express it so that with decreasing effect, whereby due to the low voltage drop at XL and XLC they both the output voltage vectors gl and 02 all of the frequency converters more approach each other in phase mode, a control is possible, at which the output current vectors 11 and 12 to such an extent moves away from each other in its phase position as the voltage vectors approach each other, and that_by doing so the flow of active power remains continuous.

Ett särskilt viktigt användningsområde för uppfinningen är bandrift (helstatiska bannätkopplingsomformare). Man kan ej utan vidare åtgärder undvika att den vid 50 Hz-sidan befint- liga, reaktiva effekten först är pulserande.A particularly important field of application for the invention is belt drive (fully static track network converters). You can not without further action to avoid the presence at the 50 Hz side the reactive effect is first pulsating.

I detta avseende är drift av nätkopplingsomformaren såsom trapets- frekvensomformare gynnsam. Härvid erhålls stark reduktion av den reaktiva effekten och den reaktiva effektens pulsation (maximalt från 100%-20% i det övre effektområdet). Vidare är därigenom även bättre utnyttjning av den installerade ström- riktareffekten möjlig med upptill 20%). Såsom nackdel framstår att den aktiva effektens pulsationer icke längre kan under- tryckas fullständigt. Dessutom erhålls vid l6 2/3 Hz-sidan mer strömövertoner. I För att i hela effektområdet kunna_köra i trapetsdrift måste antingen en transformator med uttag (på 50 Hz eller 16 2/3 Hs- sidan) anbringas, vilken, motsvarande den erforderliga utgångs- spänningen från frekvensomformaren, kan omställas mellan 0,5 p.u 7809490-1 och 0,7 p.u.“(härtill kommer ytterligare ett omställningsområde för att möjliggöra kompensering av spänningsändringarna i 50 Hz och 16 2/É Ha-nätet), eller också låter man frekvensomformarens utgångsspänningsamplitud vara konstant oberoende av effekten (medan fasvinkeln ändras)¿ I stället för lagringsseriekretsen XLC skulle teoretiskt endast en kapacitet erfordras. Den skulle emellertid ha till följd att övertonsströmmen i den ifrågavarande direktfrekvensomfor- maren skulle stiga starkt på 16 2/3 Hzfsidan. Därför är det av praktiska skäl ändamålsenligt att även koppla en induktans' i serie med kapaciteten. Därvid måste emellertid kapacite- «ten ökas i motsvarande grad.In this respect, operation of the mains converter as trapezoidal frequency converter favorable. This results in a strong reduction of the reactive power and the pulsation of the reactive power (maximum from 100% -20% in the upper power range). Further is thereby also better utilization of the installed power rectifier effect possible with up to 20%). As a disadvantage appears that the pulsations of the active effect can no longer be fully printed. In addition, at l6 2/3 Hz side more is obtained current harmonics. IN In order to be able to_run in trapezoidal operation in the entire power range, it must either a transformer with a socket (at 50 Hz or 16 2/3 Hs- side) is applied, which, corresponding to the required starting the voltage from the frequency converter, can be switched between 0.5 p.u. 7809490-1 and 0.7 p.u. ”(in addition, there is another adjustment area to enable compensation of the voltage changes in 50 Hz and 16 2 / É Ha network), or you let the frequency converter output voltage amplitude be constant regardless of the power (while the phase angle changes) ¿ Instead of the storage series circuit XLC would theoretically only a capacity is required. However, it would result that the harmonic current in the direct frequency converter in question maren would rise sharply at 16 2/3 Hzfsidan. That's why it is for practical reasons it is expedient to also connect an inductance ' in series with the capacity. In doing so, however, the capacity «Ten is increased accordingly.

Slutligen bör vidare framhållas att samma metod som här beskri- vits för undertryckning av den aktiva effektens pulsation vid den helstatiska mätkopplingsomformare som ovan beskrivits även kan användas för eliminering av mellankretseffektpulsationer vid lokomotiv med vid nätsidan tvångskommuterade växelriktare med Iikspänningsmellankrets. För detta fall är ett filter i likspänningsmellankretsen den hittills vanliga lösningen.Finally, it should be further emphasized that the same method as described here white for suppressing the pulsation of the active effect at the fully static measuring coupling converter as described above as well can be used to eliminate intermediate circuit power pulsations in the case of locomotives with inverters forcibly commutated inverters with DC intermediate circuit. In this case, a filter is in the DC intermediate circuit the hitherto common solution.

Claims

78094904 Patent claims. V1. Static frequency converter for connecting a multiphase primary network to a single-phase secondary network, in particular for connecting a three-phase 50-Hz network to a single-phase 16 2/3 Hz network, the static frequency converter consisting of two direct-frequency converters, which are connected in parallel on the three-phase side. one direct frequency converter (DURI) at the single-phase output across an inductor (XL) and the other direct-frequency converter (DUR2) v1¿ the single-phase output over a series connection (XLC) of a capacitor and an inductor being connected to a common transformer, which feeds the single-phase secondary network, characterized in that the two impedances X1, XLC of the network connection are selected to be equal with respect to the amountà XL? XLc "'X in that ﬁ NP1it ﬂ d @ ïH ﬁ U1, U2 of the output voltages of the two converters are selected_ equal and their phase positions fm, Quz, in relation to the secondary mains voltage vector are selected opposite equally: U1 =' Uzw = U; fm?“ Fuz- vdär U means the output voltage of the static frequency converter consisting of the two parallel-connected direct-frequency converters, whereby the corresponding currents 11, 12 also become equal to each other: 11 = 12 = 1 i where i means the output current of the direct-frequency converter consisting of the two parallel-connected direct-frequency converters static frequency converter, and whose fauna modes are related to each other V11 = “Year -

2. A frequency converter as claimed in Claim 1, characterized in that the mutually equal impedances XL = XLC = X are so selected that their voltage drops il. X is equal to the frequency converter output voltage U: U = 11. X and that the phase angles of the currents and voltages are chosen so that the conditions (ful * V11 = 'mzß ﬁ xz * piz' m2 are fulfilled.

3. A frequency converter as claimed in Claim 1, characterized in that the mutually equal impedances XL = XLC = X are so selected that the amplitude of the frequency converter output voltage is kept constant independent of the power, while its phase oscillates. i, 7809490-1

Frequency converter according to: claim 1, characterized in that it is a tfapets converter. _

5. A frequency converter according to claim 4, characterized in that a step-up transformer is arranged on the primary or secondary side; V

Use of a frequency converter according to one of Claims 1 to 5, as a path network converter.