SE514817C2 - Anordning för spänningssättning av en spänningsstyv omriktare samt transformatorutrustning för anslutning till dylik anordning - Google Patents

Description

20 25 30 35 5lf,3l7am:fi~ önskad likspännngsnivå, det vill säga spämiingssättningen av omríktaren, kan därvid ske genom likriktning av växelspänningsnätets spänning via dessa dioder. Att direkt ansluta full nätspänning till omriktaren ger emellertid initialt en kraftig strömrusning genom omriktaren i det att kondensatorutrustnirigen i detta skede ej uppvisar någon motspänning. Strömmen klingar visserligen av i takt med att spänningen över kondensatorutrustningen tillväxer, men den i dioderna utvecklade förlusteffekten kan ändå vara tillräcklig för att skada dessa. Även övriga komponenter i anläggningen utsätts givetvis för den höga strömpåkännjngen.

För att lösa detta problem kan olika konventionella lösningar tillgripas. Således kan exempelvis en hjälptransformator med annan omsättning än omriktar- transformatorn anslutas till likspänningskretsen, endera via en separat likriktare eller via ornriktaren varvid en viss begränsning av den initiala strömmen erhålls. Detta innebär dock att extra komponenter måste inkluderas i anläggningen vilket givetvis komplicerar och fördyrar denna. Ett annat känt sätt att begränsa strömmen är att mellan transformator och omriktare medelst kopplingselement i form av brytare temporärt koppla in resistorer i serie med var och en transformatorns fasliridningar, vilka resistorer därefter, i beroende av något kriterium, exempelvis efter en viss tid, förbikopplas. Även i detta fall krävs extra komponenter som komplicerar och fördyrar anläggningen.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en förbättrat anordning för spänningssätming av en spämwingsstyv omriktare, som på sin likspänningssida är ansluten till en kondensatorutrustning, och som i synnerhet för de inledningsvis nämnda tillämpningarna ger en enkel och ändamålsenlig och därmed kostnadseffektiv konstruktion av anläggningen.

Detta ändamål uppnås genom att ett fåtal komponenter används för att lösa uppgiften och särskilt genom utnyttjande av komponenter redan konstruerade för andra ändamål.

I en första utföringsform av uppfinningen, vid vilken transformatorn på sin sekundärsida har en första, en andra och en tredje faslindníng, var och en med 10 15 20 25 30 35 514- _8l17_ _ ett första och ett andra lindningsuttag, respektive första lindningsuttag för sammankoppling till en gemensam nollpunkt, och respektive andra lindningsuttag för koppling till omriktaren, innefattar resistorutrustningen en första resistor, ansluten till den andra faslindningens första lindningsuttag, och anordningen en kopplingsutrustníng för att i ettinitialläge blockera ström genom faslindningarna, för att i ett övergångsläge bilda en strömbana som innefattar åtminstone den första och den andra faslindningen samt i serie med dessa den första resistom, vilken strömbana då omriktaren är ansluten till transformatorn sluter sig genom omriktaren och kondensatorutrustningen, och för att i ett driftläge sammankoppla samtliga första líndningsuttag för att bilda den gemensamma nollpunkten.

I en andra utföringsform av uppfinningen innefattar resistorutrustningen därutöver en andra resistor, ansluten till det första lindningsuttaget vid endera av den första och den tredje faslindningen, och innefattar kopplings- utrustningen en omkopplare med åtminstone två sinsemellan synkroniserade treläges kontaktgrupper och med en gemensam motormanövrerad driv- mekanism (M1) för manövrering av kontaktgrupperna, för att i övergångsläget bilda strömbanor som innefattar nämnda resistorer och i serie med var och en av dessa den faslindning till vilka respektive resistor är ansluten, vilka ström- banor då omriktaren är ansluten till transformatorn sluter sig genom i omriktaren och kondensatorutrustningen, och varvid i beroende av en startorder (S1) drivmekanismen automatiskt medelst en fortlöpande rotationsrörelse bringar omkopplaren att förflytta sig från initialläget till driftläget under passage av övergångsläget, i vilket omkopplaren befinner sig i en av drivmekanismens rotationsrörelse bestämd tid.

Genom uppfinningen uppnås såsom fördelar, särskilt jämför med konventionella användningar av resistorer och brytare för strömbegränsning som kräver tre resistorer och tre brytare, att antalet komponenter reduceras.

Således kräver den första utföringsformen av uppfinningen endast en resistor och tre kopplingsorgan medan vid den andra utföringsformen nödvändiga omkopplingar kan utföras med en endast något modifierad standard komponent som i sig även innefattar en ändamålsenlig styrning av kopplingssekvensen. 10 15 20 25 30 35 514 8,17, FIGURBESKRIVNIN G Uppfinningen skall närmare förklaras genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade schematiska ritningar, i vilka figur 1 visar en första utföríngsform av uppfinningen, figur 2 visar en känd utföringsform av en trefasig lindningskopplare, och figur 3 visar en andra utföringsform av uppfinningen.

BESKRIVNING Av UTFÖRINGSEXEMPEL Figur 1 visar en spänningsstyv omriktare CONV, vars växelspänningssida via en transformator T och en linjebrytare CBN kan anslutas till ett trefasigt elektriskt kraftnät N med faserna PHu, PHV och PHW. Omriktaren är av känt slag och innefattar två i figuren endast antydda trefasgrupper av halvledar- » ventiler. Halvledarventilerna kan på känt sätt innefatta grenar av seríekopplade tänd- och släckbara halvledarelement, exempelvis effekttransistorer av s k IGBT-typ, och med dessa antiparallellkopplade dioder. t _ Spänningsstyva omriktarna utnyttjar för sin funktion en väsentligen konstant _ spänning på likströmssidan, vilket, såsom illustreras i figuren, vanligen åstadkommes genom att en kondensatorutrushiirig, i figuren endast antydd med en kondensator C, ansluts till omríktarens likspänningssida. Spänningen över kondensatorutrustningen C betecknas med Ud och strömmen genom omriktaren på dess likspäriningssida med Id.

Transformatom har på sin prirnärsida en A-kopplad trefaslindning med primärliridningarna PWu, PWv och PWW respektive och på sin sekundärsida en första, en andra och en tredje faslindning, SWu, SWv, SWw respektive. Var och en av faslindningarna har ett första lindningsuttag ul, V1, W1 respektive, och ett andra lindningsuttag u2, V2, w2 respektive.

Respektive första lindningsuttag är avsedda för sammankoppling av faslindningarna till en gemensam nollpunkt NCP, så att under normala 10 15 20 25 30 35 oo f.. z i n - c nr <-« - 1 - i |< f: 4- « -- ner t-r rf d» ~ ' 'r r f. <- ~ driftförhållanden transformatorns sekundärlindning är Y-kopplad. En jordningsresistor ER är ansluten mellan lindningsuttaget wl och jord för resistansjordníng av nollpunkten för transformatorns sekundärsida.

Transformatorns sekundärlindning ansluts till omriktaren via respektive andra lindningsuttag.

I en första utföringsform av uppfinningen innefattar anordningen för spänningssättrting av omriktaren en första resistor Rv, ett första kopplings- organ CB1 och ett kopplingsdon med två kopplingsorgan CBZ och CB3.

Resistorn Rv är med sitt ena uttag ansluten till det första lindningsuttaget V1 på faslindningen SWv och med sitt andra uttag till ett av uttagen på det första kopplingsorganet CB1, i figuren illustrerat som en enfasig brytare. Det andra uttaget på kopplingsorganet CB1 är anslutet till det första lindningsuttaget u1 på faslindningen SWu. Kopplíngsdonet, i figuren illustrerat som två enfasiga kopplingsorgan CB2 och CBS respektive, är anslutet vid de första lindnings- uttagen så att kopplingsorganet CB2 är anslutet mellan uttagen ul och V1 och kopplingsorganet CB3 är anslutet mellan uttagen v1 och wl. Linjebrytaren CBN, kopplingsorganet CB1 och kopplíngsdonet styrs medelst manöverdon MBN, MB1 och MB2 respektive, anordnade i en endast antydd manöverenhet CTR.

., Funktionen för. denna utföringsform av uppfinningen är såsom följer. I ett utgångsläge antas linjebrytaren CBN och kopplingsorganen CB1, CBZ och CB3 samtliga vara i icke ledande tillstånd. I beroende av en startorder S1 slutes i ett första steg linjebrytaren CBN. I detta läge, i det följande benämnt initialläget, blockeras ström genom faslindningarna av kopplingsorganen CB1, CB2 och CB3.

I ett nästa steg bringas kopplingsorganet CB1 till ledande tillstånd, varvid en strömbana bildas som innefattar den första faslindningen SWu, den andra faslindningen SWv samt i serie med dessa resistom Rv, vilken strömbana då omriktaren är ansluten till transformatom sluter sig genom omriktaren och kondensatorutrustníngen. I detta läge, i det följande benärnnt övergångsläget, laddas kondensatorutrustningen av strömmen Id, vars amplitud således begränsas av resistom Rv. 10 15 20 25 30 35 p; f.. f f .r = t n. rt - - «- . .. z-nf « -\ ' tt-f ti-f t. t: r ' I, . . <- . t t ._ I nästa steg bringas kopplingsorganen CB2 och CB3 till ledande tillstånd, varvid samtliga första lindningsuttag sammankopplas för att bilda den gemensamma nollpunkten i ett läge som i det följande benämns driftläget.

Med kännedom om märkdata för anläggningen , det vill säga för kraftnät, transformator, resistorer, omriktaren och kondensatorutrustriirig, låter sig strömmen genom omriktaren till kondensatorutrustningen under den tid anordningen befinner sig i övergångsläget beräknas. Således kan den tid som anordningen skall befinna sig i övergångsläger med fördel styras av en på i och för sig känt sätt utformad, i manöverenheten CTR anordnad men i figuren icke visad tidstyrningskrets, så att efter denna tid anläggningen kan övergå till driftläge utan risk för överbelastning av omriktaren.

Det har visat sig att i ett flertal praktiska tillämpningar, med ett val av resistorernas resistans som ej leder till överbelastning av omriktaren, den tid som åtgår för att ladda kondensatorutrustningen till en spänning nära dess nominella värde är av storleksordningen 20 à 40 ms. Därmed är detta också storleksordningen på den tid som anordningen bör befinna sig i övergångsläget.

En konventionellt utförd lindningskopplare av i och för sig känt slag har t typiskt en manövertid från ett lindningssteg till ett annat av storleksordningen , _ 50 ms varav det övergångsförlopp under vilket ström flyter dess överkopp- lingsmotstånd upptar en tid av typiskt 20 à 30 ms. Det visar sig nulatt en sådan lindningskopplare efter en enkel modifiering som nedan skall närmre beskrivas, är fördelaktig för att åstadkomma ändamålet med uppfinningen.

Figur 2 visar schematiskt en trefasig lindningskopplare av känt slag. I seriekoppling med var och en av endast antydda faslindningar SWu, SWv och SWw till en krafttrarisformator är reglerlindningar SWu', SWv' och SWW' anordnade. Var och en av reglerlindningarna har regleruttag i figuren betecknade med 4, 5, 6 och 7, i figuren för enkelhets skull visade utan något index som indikerar fastillhörighet. Genom förflyttning av väljarkontakter markerade med V och H kan önskad del av spänningen över regler- lindningarna läggas till spänningen över fasliridningarna. 10 15 20 25 30 35 514 S17 53; -' För att tillåta en stegvis omkoppling av reglerlirtdningen från exempelvis regleruttag 6 till regleruttag 5 då belastningsström flyter genom faslind- ningarna sker omkopplingen via en manöverdel TC' med en kontaktgrupp TC'u, TC'v, och TC'w respektive för varje fas. Samtliga kontaktgrupper manövreras gemensamt och synkroniserat, i figuren markerat med en streckad linje, med hjälp av en motormanövrerad drivmekanism M1'. För den följande beskrivningen av den kända lindningskopplarens funktion betraktas endast fasen PI-lu. Kontaktgruppen TCu har en ingångsterminal c och utgångs- terminaler x, y, u och v. Samtliga ingångsterrninaler är sammankopplade för att bilda en för faslindningarna och respektive reglerlindningar gemensam noll- punkt NCPC Utgångsterminalerna x och y är anslutna till väljarkontakten V, terminalen x direkt och terminalen y via en resistor Ry. Utgångsterminalerna u och v är anslutna till väljarkontakten H, terminalen v direkt och terminalen u via en resistor Ru'. Den till varje kontaktgrupp hörande rörliga kontaktdelen MC för sammankoppling av ingångsterrninalen med någon utgångsterrnirial överbryggar två av de nämnda utgångsterminalerna utom i mellanlägen som nedan skall närmre beskrivas.

I ett första ändläge, då regleruttaget 6 är anslutet till nollpunkt NCP' över- bryggar den rörliga kontaktdelen terminalerna x och y, vilket således innebär att strömmen flyter genom terminalen x och att resistorn Ry är förbikopplad.

En omkoppling till ett läge där regleruttaget 5 är anslutet till nollpunkt NCP' - sker i följande steg. Väljarkontakten H förflyttas från regleruttag 7 till regler- uttag 5 och därefter förflyttas den rörliga kontaktdelen till ett första mellanläge där ingångsterminalen endast är ansluten till utgångsterminalen y. I detta mellanläge begränsas således strömmen genom faslindningen av resistom Ry.

Därefter förflyttas den rörliga kontaktdelen via ett läge där den överbryggar terminalerna y och u, och således strömmen genom faslindningen flyter genom såväl resistom Ry som resistom Ru', till ett andra mellanläge där ingångs- terminalen endast är ansluten till utgångsterminalen u. I detta andra mellan- läge begränsas således strömmen genom faslindningen av resistom Ru'.

Slutligen förflyttas den rörliga kontaktdelen till ett andra ändläge där den överbryggar terminalerna u och v, vilket således innebär att strömmen flyter från regleruttaget 5 genom terminalen v och att resistom Ru' är förbikopplad. 10 15 20 25 30 35 514 817 Karakteristiskt för lindningskopplarens ovan beskrivna manöversekvens är att den i beroende av en startorder till drivmekanismen genomförs automatiskt med en av drivmekanismens rotationsrörelse bestämd hastighet, att den har två stabila ändlägen, och dessa innefattar en överbryggning av två utgångster- minaler så att därvid båda samtidigt är anslutna till ingångsterminalen.

En andra utföringsform av uppfinningen illustreras i figur 3, där av utryrnmesskäl endast fasen PHw visas i detalj, men det skall förstås att åtminstone ytterligare en och företrädes båda övriga faser är anordnade på likartat sätt.

En direkt jämförelse mellan figurerna 2 och 3 visar nu att denna utföririgsforrn av uppfinningen kan åstadkommas med en konventionellt utförd lindnings- kopplare TC' enligt figur 2, där våljardelen med kontakterna V och H och reglerlindningen med regleruttagen 5-7 tagits bort och endast manöverdelen bibehållits. I manöverdelen tas dessutom för var och en av faserna resistorn Ry bort.

Ingångsterminalen c i figur 2 motsvaras av utgångsterminalen cw i figur 3 och utgångsterminalen x i figur 2 motsvaras av utgångsterminalen 1w i figur 3.

Utgångsterminalen y i figur 2 blir utan särskild funktion i och med att resistorn . Ry tagits bort. Utgångsterrninalen u i figur 2 motsvaras av utgångsterminalen, _ 2w i figur 3 medan utgångsterminalen v i figur 2 motsvaras av utgångster- minalen 3w i figur 3. Resistorn Ru' i figur 2 motsvaras i figur 3 av resistom RW.

Vid utföringsformen enligt figur 3 manövrerar således drivmekanismen kontaktgruppen TCW i en fortlöpande rotationsrörelse, så att i det ovan nämnda initialläget ingångsterminalen cw är ansluten till den första . utgångsterminalen lw, i övergångsläget till den andra utgångsterminalen 2w, och i driftläget till och överbryggande den andra utgångsterminalen och den tredje utgångsterminalen 3w. Rotationsrörelsen är motordriven via ett motormanöverdon och drivmekanism av det slag som konventionellt används för lindningskopplare av ovan nämnt slag.

Rörelsen från initialläget via övergångsläget till driftläget genomförs automatiskt i beroende av startordern S1 som, då linjebrytaren CBN är i tilläge, 10 15 20 25 30 35 _ s a e (vi f i . - < .. f < t _ .- ~ - r. « f i i «r » _ .n 1.; .. (f. .f- '.= t < <- \ . < . . t- (_ på något i och för sig känt sätt vidareförs som en startorder S2 till den modifierade lindningskopplarens drivmekanism M1. Inítialläge och driftläge är båda stabila ändlägen för omkopplaren medan rotationsrörelsen, som ovan nämnts, genomförs med en av drivmekanismens rotationsrörelse bestämd hastighet, vilket medför att övergångsläget intages endast under en definierad tid som är bestämd av drívmekanísmen.

I de utföringsforrner av uppfinningen där den på ovan beskrivet sätt realiseras medelst en modifierad lindningskopplare låter sig denna fysiskt integreras med transformatorn på konventionellt sätt. Det har också visat sig att de resistorer som enligt uppfinningen utnyttjas i strömbegränsande syfte kan vara av samma fysiska storlek som de överkopplingsmotstånd som används i en konventionell lindningskopplare.

Vid typiska tillämpningar av uppfinningen kan resistorernas resistansvärden ligga i ett intervall 0,7 - 7 ohm och den energi som utvecklas i dem under spännirigssättningen ligga inom ett intervall 50 - 500 kJ.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsexemplen utan ett flertal modifikationer är tänkbara för den av patentkraven definierade uppfinningen.

Således kan exempelvis vid den utföringsforrn som beskrivits i anslutning till - . . figur 1 den tid som anordningen skall befinna sig i övergångsläget styras i beroende av en avkänd ström som flyter genom omriktaren och till kondensatorutrustningen eller av en avkänd spänning över den senare, så att övergång till driftläge sker då nämnda ström sjunkit till en vald nivå respektive nämnda spänning stigit till en vald nivå.

Vid de utföringsformer som beskrivits i anslutning till figur 3 är det i och för sig tillräckligt att omkopplarens kontaktgrupper och resistorer är anordnade i tvâ av de tre faserna, därvid uppstår dock i övergångsläget en obalansström genom transformator och omriktare.

Den önskade funktionen för kopplingsdonen CBI - CB 3 enligt figur 1 kan givetvis också åstadkommas medelst halvledarelement.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 514 817 10 PATENTKRAV

1. Anordning för spänningssättning av en spänningsstyv omriktare (CONV), omriktaren för anslutning på sin växelspänrtingssida till ett trefasigt elektriskt kraftnät (N) via en transformator (T) och på sin likspänningssida till en kondensatorutrustning (C), varvid transformatom på sin sekundärsida har en första, en andra och en tredje faslindning (SWu, SWv, SWW respektive), var och en med ett första (ul, V1, w1 respektive) och ett andra lindningsuttag (u2, v2, w2 respektive), respektive första lindningsuttag för sammankoppling till en gemensam nollpunkt (NCP), och respektive andra lindningsuttag för koppling till omriktaren, samt en vid transformatorn anordnad resistorutrustning (Ru, Rv, RW) för begränsning av strömmen (Id) genom omriktaren vid anslutning av transformatom till kraftnätet, k ä n n e t e c k n a d av att resistor- utrustningen innefattar en första resistor (Rv), ansluten till den andra faslindningens första lindningsuttag (V1), och att anordningen innefattar en kopplingsutrustníng (CB1, CB2, CB3, TCa) för att i ett initialläge blockera ström genom faslindningama, för att i ett övergångsläge bilda en strömbana som innefattar åtminstone den första (SWu) och den andra (SWv) faslindningen samt i serie med dessa den första resistorn, vilken strömbana då omriktaren är ansluten till transformatorn sluter sig genom omriktaren och kondensator- utrustningen, och för att i ett driftläge sammankoppla samtliga första lindningsuttag för att bilda den gemensamma nollpunkten.

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kopplirigs- utrustningen innefattar ett första kopplingsorgan (CBI), som i initialläget är i icke-ledande tillstånd och i övergångsläget i ledande tillstånd, och därutöver ett kopplingsdon (CBZ, CB3) som i initialläget och i övergångsläget är i icke- ledande tillstånd och i driftläget i ledande tillstånd.

3. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda kopplingsdon innefattar två kopplingsorgan (CB1, CB2) som i initialläget och i övergångsläget vart och ett är i icke-ledande tillstånd och i driftläget vart och ett är i ledande tillstånd.

4. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att resistor- utrustningen därutöver innefattar en andra resistor (Ru, RW), ansluten till det 10 15 20 30 35 o! lik v v , g-(e mc ' r -' 11 första lindningsuttaget (ul, w1 respektive) vid endera av den första (SWu)och den tredje (SWw) faslindningen, av att kopplingsutrustningen innefattar en omkopplare (TC) med åtminstone två sinsemellan synkroniserade trelåges kontaktgrupper (TCu, TCv, TCW) och med en gemensam motormanövrerad drivmekanism (M1) för manövrering av kontaktgrupperna, för att i övergångs- läget bilda strömbanor som innefattar närrmda resistorer och i serie med var och en av dessa den faslindning till vilka respektive resistor är ansluten, vilka strömbanor då omriktaren är ansluten till transformatom sluter sig genom omriktaren och kondensatorutrustriingen, varvid iberoende av en startorder (S2) drivmekanismen automatiskt medelst en fortlöpande rotatíonsrörelse bringar omkopplaren att förflytta sig från initialläget till driftläget under passage av övergångsläget, i vilket omkopplaren befinner sig i en av driv- mekanismens rotatíonsrörelse bestämd tid.

5. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d av att resistor- utrustningen därutöver innefattar en tredje resistor (RW, Ru), varvid var och en av nämnda resistorer är ansluten till det första lindningsuttaget vid var sin av faslindningarna, och att omkopplare innefattar ytterligare en med övriga kontaktgrupper syrikroriiserad treläges kontaktgrupp (TCu, TCv, TCW), för att i övergångsläget bilda strömbanor som innefattar nämnda resistorer och i serie med var och en av dessa den faslindning till vilka respektive resistor är ansluten, vilka strömbanor då omriktaren är ansluten till transformatorn sluter _ _ sig genom omriktaren och' kondensatorutnistriingen.

6. Anordning enligt något av patentkraven 4-5, k ä n n e t e c k n a d av att var och en av nämnda kontaktgrupper har en ingångsterminal (cu, cv, cw) och en första (lu, 1v, lw), en andra (2u, 2v, Zw) och en tredje (3u, 3v, 3w) utgångs- terminal, nämnda ingångsterminaler sammankopplade för att bilda den gemensamma nollpunkten, nämnda andra utgångsterminaler anslutna till var sin av nämnda resistorer, och nämnda tredje utgångsterminaler anslutna till respektive första lindningsuttag vid nämnda fasliridriíngar, varvid respektive ingångsterminaler i initialläget är anslutna till respektive första utgångs- terminaler, i övergångsläget till respektive andra utgångsterminaler, och i driftläget till respektive tredje utgångsterminalema (Su, 3v, respektive 3w). 10 15 20 25 30 35 514 817 fasa* 12

7. Anordning enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a d av att var och en av nämnda kontaktgrupper innefattar en rörlig kontaktdel (MC) för samman- koppling av respektive ingångstermirtaler med nämnda utgångsterrtninaler och driven av nämnda drivmekanism, vilken kontaktdel i driftläget överbryggar respektive andra och tredje lutgångsterminaler (2u, Su respektive 2v, 3v respektive 2w, Sw).

8. Transformatorutrusming för anslutning av en spänníngsstyv omriktare till ett trefasigt växelströmsnät, omriktaren på sin likspänningssida ansluten till en kondensatorutrustning, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en anordning för spänningssättning av omriktaren enligt något av föregående patentkrav.

9. Transformatorutrusming enligt patentkrav 8, när detta beror av något av patentkraven 4-7, k ä n n e t e c k n a d av att anordningen för spännings- sättrlírig av omríktaren innefattar en drivmekanism för en konventionell lindningskopplare.