CH622388A5 - - Google Patents

Description

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannte Einrichtung zur Symmetrierung eines unsymmetrischen Verbrauchers so auszugestalten, dass mit vertretbarem Aufwand grosse Stellgeschwindigkeiten beim Ausgleich von Unsymme-trieänderungen erzielt werden können, ohne dass die Einrichtung zu grosse Blindströme aufnimmt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Gleichstromquelle zum Einspeisen eines konstanten, der maximal zu symmetrierenden Unsymmetrieleistung entsprechenden Gleichstroms vorgesehen ist, und dass der selbstgeführte Stromrichter durch Zünden und Löschen seiner Ventile sowohl in Abhängigkeit von der Phasenlage als auch in Abhängigkeit von der Amplitude des erforderlichen Strom-Gegensystems gesteuert ist, wobei eine Änderung der Amplitude der Grundschwingung des Ausgangsstroms durch Pulsbreitensteuerung in einem dem Steuersatz des selbstgeführten Stromrichters vorgegebenen Pulsprogramm und eine Änderung der Phasenlage der Grundschwingung des Ausgangsstroms durch Verschieben des gesamten Pulsprogramms gegenüber den Nulldurchgängen der Netzwechselspannung durchgeführt wird.

Bei dieser Einrichtung bleibt bei der Steuerung der in den Gleichstromeingang des selbstgeführten Stromrichters eingespeiste Gleichstrom unverändert. Durch Veränderung der Einschaltdauer des selbstgeführten Stromrichters (verändertes «Pulsen» des Ausgangsstroms) wird die Amplitude der Grundschwingung des Ausgangsstroms des selbstgeführten Stromrichters und damit die in das Wechselspannungsnetz eingespeiste, zur Symmetrierung verwendete Unsymmetrieleistung be-einflusst. Ausserdem wird durch Verschiebung der zeitlichen Lage des gesamten Pulsprogramms für das Zünden und Löschen der steuerbaren Ventile des selbstgeführten Stromrichters die Phasenlage des Ausgangsstroms hinsichtlich der Netzwechselspannung verändert. Die Phasenlage kann -sofern die Kommutierungsschaltung des selbstgeführten Stromrichters entsprechend ausgelegt ist - je nach Bedarf praktisch jeden beliebigen Winkel im Bereich von 0° bis 360° el

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annehmen. Die erreichte Verschiebung muss dabei identisch mit der gewünschten Phasenlage sein.

Es kann also gesagt werden, dass über Pulsbreitensteuerung in dem vorgegebenen Pulsprogramm des selbstgeführten Stromrichters die Amplitude und durch zeitliches Verschieben dieses Pulsprogramms gegenüber den Nulldurchgängen der Netzwechselspannung die Phasenlage des eingespeisten symmetrierenden Strom-Gegensystems eingestellt wird. Die gewünschte Phasenlage und Amplitude des eingespeisten Strom-Gegensystems wird hier somit durch die Steuerung ein und desselben Stromrichters erreicht. Dies resultiert in einer hohen Stellgeschwindigkeit.

Nach einer grundsätzlichen Ausführungsform kann das Pulsprogramm so beschaffen sein, dass der Ausgangsstrom pro Periode der Netzwechselspannung in symmetrischer Anordnung aus mindestens 2k=2 nebeneinander liegenden positiven und mindestens 2k=2 nebeneinander liegenden negativen Teilstrombalken mit jeweils steuerbarer Gesamtbreite besteht. Bei grossem Wert der Zahl k kann man die Anzahl der auftretenden Oberschwingungen gering halten. Bei einem sechspulsigen selbstgeführten Stromrichter kann dann so vorgegangen werden, dass bei k= 1 die positiven und die negativen Teilstrombalken jeweils symmetrisch in zwei im Abstand einer halben Periode liegenden Zeitpunkten gelegen sind, dass ihre Breite gleich bemessen ist, und dass jeweils ihre durch Addition gewonnene Gesamtbreite maximal bis zu einer Drittelperiode steuerbar ist. Die Steuerung kann hierbei so vorgenommen werden, dass beidseitig symmetrisch zu äquidistanten Zeitpunkten jeweils wenigstens ein Ventil des Stromrichters stromleitend gesteuert ist, wobei die Einschaltdauer der einzelnen Ventile des Stromrichters in Abhängigkeit von der Höhe der zu symmetrierenden Unsymmetrieleistung geführt ist und wobei die äquidistanten Zeitpunkte bezüglich der Nulldurchgänge der Netzwechselspannung in Abhängigkeit von der Phasenlage des zur Symmetrierung benötigten Strom-Gegensystems einstellbar sind.

Bei dreiphasiger Ausbildung können hierbei pro Periode der Netzwechselspannung insgesamt zwei Ventil-Einschaltzeiten unterschiedlicher Dauer vorgesehen sein. Zur Reduktion von Oberschwingungen im Ausgangsstrom des selbstgeführten Stromrichters könnte die Anzahl der Einschaltzeiten prinzipiell auch ein Mehrfaches sein, doch steigen mit wachsender Anzahl die Schaltverluste des selbstgeführten Stromrichters.

Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist als Gleichstromquelle ein netzgeführter Stromrichter vorgesehen, der wechselspannungsseitig an das Drehspannungsnetz und gleichstromseitig über eine Glättungsdrossel an die gleich-stromseitigen Anschlussklemmen des selbstgeführten Stromrichters angeschlossen und der auf konstantem Ausgangsstrom geregelt ist. Der netzgeführte Stromrichter kann hierbei insbesondere steuerbare Ventile in Drehstrom-Brückenschaltung umfassen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, die vorteilhafterweise mit einem besonders geringen Aufwand an Bauelementen auskommt und überhaupt keine Blindleistung aufnimmt, ist dadurch gekennzeichnet, dass als Gleichstromquelle eine Drosselspule vorgesehen ist, die über den selbstgeführten Stromrichter aus dem Drehspannungsnetz gespeist ist, und dass die Phasenlage der Ausgangsströme des selbstgeführten Stromrichters bezüglich der Netzwechselspannung gering abweichend von dem Wert, der durch des zur Symmetrierung erforderliche Strom-Gegensystem vorgesehen ist, so gesteuert ist, dass sich in der Drosselspule der konstante Gleichstrom einstellt. Diese Ausführungsform beruht auf der Erkenntnis, dass es letztlich gleichgültig ist, auf welche Weise am Eingang des selbstgeführten Stromrichters der konstante Gleichstrom erzeugt wird. Bei dieser Ausgestaltung wird also der selbstgeführte Stromrichter gleichfalls auch zur Erzeugung des Gleich-

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stroms herangezogen. Hierbei ist allerdings ein geringer, dem zwischen zwei der Phasenleiter R, S, T angeschlossen ist. ohmschen Widerstand der Drosselspule entsprechender Wirk- Die vom Verbraucher 4 aufgenommene Unsymmetrielei-leistungsverbrauch des selbstgeführten Stromrichters zu ver- stung wird durch eine Einrichtung zur Symmetrierung geliefert, zeichnen. Diese Einrichtung ist zwischen dem Drehstrom-Generator 2

Zwischen dem selbstgeführten Stromrichter und dem Dreh- s und dem Verbraucher 4 angeordnet Sie ist so aufgebaut, dass spannungsnetz kann zur Spannungsanpassung ein Transforma- sie die auftretende Unsymmetrieleistung im Drehspannungstor angeordnet sein. Zur Unterdrückung bestimmter Ober- netz 3 möglichst weitgehend kompensiert, bei Unsymmetrieän-schwingungen lassen sich dabei höherpulsige Transformator- derungen sehr schnell anspricht und diese ausregelt. Sie speist und Stromrichterschaltungen verwenden. dazu mittels ihrer Ausgangsströme ii, Ì2, Ì3 ein Strom-Gegensy-

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als selbstgeführte Strom- io stem in das Drehspannungsnetz 3 ein.

richter ein Stromrichter mit Phasenfolgelöschung vorgesehen Die Einrichtung zur Symmetrierung umfasst einen selbstge-ist, bei dem sämtliche Ventile steuerbar ausgeführt sind. führten Stromrichter 5 mit p = 6 steuerbaren Ventilen A bis F

Hierbei kommt man mit einem geringen Aufwand aus. in Drehstrom-Brückenschaltung. Die Ventile A, B und C, D und

Bei der erfindungsgemässen Einrichtung muss - im Gegen- E, F sind jeweils in gegenüberliegenden Brückenzweigen satz zur Einrichtung nach der DT-OS 2 247 819 - nicht der ein- «s angeordnet Sämtliche Ventile A bis F sind jeweils einzeln eingeprägte Gleichstrom selbst in Abhängigkeit von der erforder- schaltbar und zwangsweise löschbar. Jedes dieser Ventile A bis liehen Unsymmetrieleistung gesteuert werden. Mit Hilfe des F kann dabei aus einem Hauptthyristor bestehen, dem die Rei-selbstgeführten Stromrichters wird vielmehr, angepasst an den henschaltung eines Löschkondensators und eines Löschthyri-Bedarf, pro Periode der Netzwechselspannung jeweils nur ein stors parallel geschaltet ist (vergleiche DT-OS 2 247 819, Fig. 2). mehr oder weniger grosser Bruchteil des eingeprägten und 20 Auch andere Kommutierungsschaltungen sind einsetzbar;

also unverändert gelassenen Gleichstroms gleichsam «ausge- hierauf wird bei Fig. 3 noch eingegangen.

blendet» und für die Kompensation der vom Verbraucher Die wechselstromseitigen Ausgangsklemmen u, v, w des erzeugten Unsymmetrieleistung herangezogen. Dabei muss Stromrichters 5 sind an die Anschlussklemmen r, s, t eines zur der netzgeführte Stromrichter, der bei einer der genannten Spannungsanpassung vorgesehenen Transformators 6 in Stern-Ausbildungen vorhanden ist, lediglich zur Erzeugung des einge- 25 Stern-Schaltung angeschlossen. Der Anschluss ist so vorgeprägten Gleichstroms, nicht jedoch für schnelle Änderungen nommen, dass die Phasenfolge vertauscht ist. Dazu ist hier spe-bemessen sein. Ausserdem muss dieser netzgeführte Strom- ziell die Ausgangsklemme u mit der Anschlussklemme s und die richter zwar für hohe Ströme, jedoch nur für kleine Spannun- Ausgangsklemme v mit der Anschlussklemme r verbunden, gen ausgelegt sein. Bei der Verwendung einer Drosselspule, die Weiterhin sind die beiden Klemmen w und t miteinander ver-bei einer weiteren der genannten Ausbildungen als Gleich- 30 bunden. Durch diese Vertauschung der Phasenfolge ist der Stromquelle vorhanden ist, entfällt der gesamte Aufwand hin- Stromrichter 5 in der Lage, je nach Amplitude der netzfrequen-sichtlich des netzgeführten Stromrichters. Weiterhin ist ten Grundschwingungen der Ausgangsströme ii, Ì2,ìr und der gegenüber der bekannten Einrichtung der Blindleistungsbedarf zeitlichen Lage seiner Steuerimpulse ein beliebig einstellbares 'wesentlich reduziert. Bei Verwendung der genannten Drossel- symmetrisches Gegen-Stromsystem mit einem zur Phasenfolge spule als Gleichstromquelle ist der Blindleistungsbedarf sogar 35 des Drehspannungsnetzes 3 umgekehrten Drehsinn zu liefern, Null. Dies wird als besonders vorteilhaft angesehen. also ein in der Phasenlage zwischen 0° und 360° el einstellbares

Zur Erzeugung des Pulsprogrammes kann auf bekannte und Strom-Gegensystem abzugeben, wie es zur Symmetrierung des bewährte Pulsprogrammgeber zurückgegriffen werden, die bei Verbrauchers 4 gefordert wird.

Pulswechselrichtern eingesetzt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass sich die Vertauschung der

Unter dem Begriff «Drehspannungsnetz» wird vorliegend <10 Phasenfolge auch elektrisch durch geänderte Zündfolge errei-allgemein ein n-phasiges Netz verstanden, wobei n = 3,4,..., chen lässt.

also eine ganze Zahl grösser als 2 ist. Zur Unterdrückung von bestimmten Oberschwingungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden kann der Transformator 6 abweichend von der Darstellung anhand von 14 Figuren näher erläutert. Es zeigen: auch in mehrpulsiger Schaltung ausgeführt sein.

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Einrichtung zur 45 An die beiden gleichstromseitigen Anschlussklemmen 7 Symmetrierung eines unsymmetrischen Verbrauchers, bei der und 8 des selbstgeführten Stromrichters 5 ist eine Gleichstrom-als Gleichstromquelle ein netzgeführter Stromrichter vorgese- quelle 10 angeschlossen. Diese liefert einen eingeprägten, der hen ist, maximal zu kompensierenden Unsymmetrieleistung entspre-

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Einrichtung zur chenden Gleichstrom Id, der in einem Stromregelkreis konstant Symmetrierung eines unsymmetrischen Verbrauchers, bei der so gehalten wird. Als Gleichstromquelle 10 ist nach Fig. 1 ein netz-als Gleichstromquelle eine Drosselspule vorgesehen ist, geführter Stromrichter 11 mit steuerbaren Ventilen in Dreh-

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform mit einem bevorzugten strom-Brückenschaltung vorgesehen, der wechselspannungs-selbstgeführten Stromrichter, seitig über einen Eingangstransformator 12 in Stern-Stern-

Fig. 4 den von der Gleichstromquelle abgegebenen Gleich- Schaltung an das Drehspannungsnetz 3 und gleichstromseitig ström in Abhängigkeit von der Zeit, 55 über eine Glättungsdrossel 13 an die Anschlussklemmen 7,8

Fig. 5 bis 10 Zeitdiagramme, die die Zündverteilung und die angeschlossen ist. Die Zündimpulse für die steuerbaren Ventile Stromführungsdauer der einzelnen Ventile des selbstgeführten des netzgeführten Stromrichters 11 werden von einem Steuer-Stromrichters veranschaulichen, gerät 15 geliefert, das aus dem Drehspannungsnetz 3 gespeist

Fig. 11 bis 13 den zugehörigen zeitlichen Verlauf der drei und mit diesem synchronisiert ist. Zur Messung des Gleich-Ausgangsströme des selbstgeführten Stromrichters und 60 stroms Id ist ein Strommessglied 14 vorgesehen, das Bestandteil

Fig. 14 die zugehörige Zeitachse mit äquidistanter Eintei- des (nicht näher gezeigten) Stromregelkreises ist Zur Liefe-lung. rang des eingeprägten Gleichstroms Id muss der Stromrichter

Nach Fig. 1 speist ein Drehstrom-Generator 2 über ein 11 zwar für den vollen Gleichstrom Id dimensioniert werden,

Drehspannungsnetz 3 mit den Phasenleitern R, S, T einen braucht aber nur für eine kleine Leistung ausgelegt zu sein,

unsymmetrischen Verbraucher 4 mit einer Netzwechselspan- 55 Der selbstgeführte Stromrichter 5 wird von einer Steuer-nung der Netzfrequenz f„ = 1/T„. Als Verbraucher 4 ist hier spe- einrichtung 20 gesteuert Dieser Steuereinrichtung 20, die eine ziell eine induktive dreiphasige Last vorgesehen. Das kann aber Messeinrichtung für das erforderliche Strom-Gegensystem und auch beispielsweise ein Lichtbogen-Schmelzofen sein, der nur einen Pulsprogrammgeber mit Steuersatz besitzt, sind als

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Messgrössen die Netzwechselspannung und der Netzwechsel-strom zugeführt. Aus beiden Messgrössen ermittelt die Steuereinrichtung 20 die benötigte Amplitude und Phasenlage für das erforderliche Strom-Gegensystem und damit für die Grundschwingung der Ausgangsströme ii, Ì2, Ì3. 5

Über die Steuerung der Pulsbreiten im Pulsprogramm, das vom Pulsprogrammgeber dem Steuersatz des selbstgeführten Stromrichters 5 vorgegeben ist, lässt sich die Höhe und über die Verschiebung dieses Pulsprogramms gegenüber den Nulldurchgängen der Netzwechselspannung lässt sich die Phasen- 10 läge des in das Drehspannungsnetz 3 eingespeisten Strom-Gegensystems einstellen. Das wird später anhand der Figuren 4 bis 14 verdeutlicht.

Die Einrichtung zur Symmetrierung nach Fig. 2 zeigt weitgehend denselben Aufbau wie diejenige nach Fig. 1. Es ist 15 jedoch eine andere Gleichstromquelle 10 vorgesehen, die wesentlich einfacher aufgebaut ist. Als Gleichstromquelle 10 wird hier - in Verbindung mit dem von einer Steuereinrichtung 22 gesteuerten selbstgeführten Stromrichter 5 - eine Drosselspule 23 herangezogen. Diese Drosselspule 23 verbindet die 20 beiden Anschlussklemmen 7,8 des Stromrichters 5. Die Steuereinrichtung 22 enthält ebenfalls eine Messeinrichtung, einen Pulsprogrammgeber und einen Steuersatz; sie ist jedoch gegenüber der Steuereinrichtung 20 geringfügig verändert.

Damit sich in der Drosselspule 23 ein konstanter, eingeprägter 25 Gleichstrom Ij einstellt, wird nämlich hier die Phasenlage des Pulsprogramms für den selbstgeführten Stromrichter 5 in der Steuereinrichtung 22 noch entsprechend beeinflusst. Dabei wird die Phasenlage der Ausgangsströme ii, Ì2, Ì3 des selbstgeführten Stromrichters 5 bezüglich der Netzwechselspannung 30 gegenüber dem Wert, der zur genauen Symmetrierung eigentlich erforderlich wäre und von der Steuereinrichtung 20 (nach Fig. 1) auch genau gemessen und verarbeitet wird, verstellt. Die Verstellung des eingespeisten Strom-Gegensystems ist nur geringfügig und beträgt nur wenige Grad elektrisch. Die Ver- 35 Stellung wird vorgenommen durch einen (nicht näher gezeigten) Stromregelkreis, bei dem der Istwert des Gleichstroms Id durch das Strommessglied 14 erfasst wird.

Die Einrichtung zur Symmetrierung nach Fig. 3 zeigt weitgehend denselben Aufbau wie diejenige nach Fig. 1. Allerdings 40 wird hier ein selbstgeführter Stromrichter 5 in besonders günstiger Schaltung verwendet. Es handelt sich um einen selbstgeführten netzgetakteten Stromrichter 5, der mit modifizierter Phasenfolgelöschung arbeitet. Im Stande der Technik sind bereits dreiphasige Stromrichter in Brückenschaltung bekannt, 45 die auf dem Prinzip der Phasenfolgelöschung beruhen (ETZ-A, Band 96,1975, Heft 11, Seiten 520 bis 523; Proc. IEE, Band 120, 1973, Heft 9, Seiten 969 bis 976). Bei diesen Brückenschaltungen ist in jedem Ventilzweig ein steuerbares Hauptventil mit einer Diode in Reihe geschaltet. Abweichend davon sind vorlie- 50 gend die üblichen Dioden durch steuerbare Ventile, insbesondere Thyristoren, ersetzt, so dass sämtliche Ventile Al bis F2 steuerbar sind. Vorliegend umfasst die dreiphasige Brückenschaltung zwei Brückenhälften, von denen jede aus drei Ventilzweigen besteht. Jeder Ventilzweig besitzt die Reihenschal- 55 tung eines ersten steuerbaren Hauptventils AI, Bl, Cl, Dl, El, Fl mit einem zweiten steuerbaren Hauptventil A2, B2, C2, D2, E2, F2. Jede Brückenhälfte enthält weiter drei Kommutierungskondensatoren KAc. Kce, KEa bzw. KBd. KDf> K-fb> von denen jeder Kommutierungskondensator (z. B. KAc) zwischen dem 60 Verbindungspunkt in der einen Reihenschaltung (z.B. Al, A2) und dem Verbindungspunkt in der anderen Reihenschaltung (z.B. Cl, C2) angeordnet ist. Die Funktion eines solchen Stromrichters mit Phasenfolgelöschung ist in einphasiger Ausführung bereits in der älteren Anmeldung P 27 02 078.6 - VPA 77 P 65 3004 BRD erläutert. Der Stromrichter 5 wird über eine Drosselspule 13 mit konstantem Gleichstrom Id aus einem kleinen netzgeführten Stromrichter 11 gespeist.

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Im folgenden wird anhand der Figuren 4 bis 14 das Verfahren für die Steuerung der Einrichtung zur Symmetrierung nach Fig. 1 oder 3 näher erläutert. Entsprechend kann auch - mit geringfügiger Verschiebung - bei der Einrichtung nach Fig. 2 vorgegangen werden.

Aus den Fig. 4 und 14 ergibt sich ein Steuerbeispiel für die Steuerung des Betrags des einzuspeisenden Strom-Gegensystems. Die einzelnen Zeitabschnitte beziehen sich dabei auf die in Fig. 14 dargestellte Zeitachse t.

Nach Fig. 4 besitzt der Gleichstrom Id, der gleich dem Ausgangsstrom der Stromquelle 10 ist, einen völlig waagerechten Zeitverlauf. Die einzelnen zünd- und löschbaren Ventile A bis F werden nach einem bestimmten Pulsprogramm gesteuert. Dadurch wird der Gleichstrom Id zyklisch auf alle drei Phasenausgänge des selbstgeführten Stromrichters 5 verteilt.

Aus den Fig. 5 bis 10 ist zunächst die zeitliche Verteilung der stromleitenden Zustände und die Stromführungsdauer der einzelnen Ventile A bis F des selbstgeführten Stromrichters 5 ersichtlich. Eingetragen ist der zeitliche Verlauf der Ventilströme iA bis ip. Danach erhält jedes Ventil A bis F in jeder Periode Tn = l/fn der Netzwechselspannung zwei Zündimpulse. Jedes Ventil A bis F ist also pro Periode Tn zweimal für einige Zeit eingeschaltet. Die Steuerung ist nun so vorgenommen,

dass sich abwechselnd eine kürzere und eine längere Einschaltdauer ergibt. Nach Ablauf der durch den Pulsprogrammgeber vorgegebenen Einschaltdauer wird das betreffende Ventil A bis F zwangsgelöscht.

Aus Fig. 5 geht hervor, dass die längere der beiden Einschaltdauern symmetrisch zu einem ersten Zeitpunkt tl und die kürzere der beiden Einschaltdauern symmetrisch zu einem zweiten Zeitpunkt t2 liegt. Nach Fig. 14 ist die Periodendauer Tn durch äquidistante Zeitpunkte tj = 0, Tn/6,2 Tn/6,3Tn/6.., Tn mit i = 0,1,2,... unterteilt; es gilt hierbei tj-tn = Tn/(pk) = 1/ (pfnk), wobei p die Pulszahl des Stromrichters 5, fn wieder die Netzfrequenz und k eine positive ganze Zahl bedeutet. Die Pulszahl p ist vorliegend gleich 6 und k ist gleich 1 gewählt. Der erste Zeitpunkt tl liegt genau zwischen Tn/6 und 2Tn/6. Der zweite Zeitpunkt t2 liegt um Tn/2 zeitlich später und somit genau zwischen 4Tn/6 und 5Tn/6. Die Zahl 2k gibt jeweils die gewählte Anzahl der positiven und der negativen Teilstrombalken an. In einem anderen Ausführungsbeispiel könnte k = 2, 3,... gewählt sein.

Die Stromführungsprogramme der Ventile benachbarter Brückenzweige sind um Tn/2 gegeneinander verschoben. Aus einem Vergleich der Ventilströme iA und iB von Fig. 5 und 6 wird z.B. deutlich, dass das Steuerungsprogramm der beiden Ventile A und B identisch ist, aber um eine halbe Periodendauer gegeneinander verschoben ist. Dabei sind während einer jeden Periode Tn für eine Zeitdauer, die der kürzeren der beiden Einschaltdauern entspricht, beide Ventile A und B zweimal gleichzeitig stromführend. Das gilt auch für die beiden Ventilströme ic und iD der beiden benachbarten Ventile C und D nach Fig. 7 und 8 sowie für die beiden Ventilströme iE und iF der beiden benachbarten Ventile E und F nach Fig. 9 und 10. Die Steuerung des Ventilpaares C, D ist gegenüber dem Ventilpaar A, B um Tn/3 zeitlich nachverschoben, und die Steuerung des anderen Ventilpaares D, F ist gegenüber dem Ventilpaar A, B um Tn/3 zeitlich vorverschoben.

Die in den Figuren 5 bis 10 dargestellte Stromverteilung der Ventile A bis F hat zur Folge, dass sich drei gegeneinander um Tn/3 phasenverschobene Ausgangsströme ii, Ì2, Ì3 einstellen. Ihr Zeitverlauf ist in den Figuren 11 bis 13 gezeigt. Pro Periode ergeben sich danach jeweils zwei benachbarte positive und zwei benachbarte negative Teilstrombalken gleicher Breite 2a. Hier tragen also insgesamt vier Teilstrombalken pro Periode zur Grundschwingung bei. Die Gesamtbalkenlänge pro Halbperiode ist gleich 4a.

Zur Amplitudensteuerung ist folgendes zu sagen:

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Aus Fig. 14 geht hervor, dass beidseitig symmetrisch zu den Aussteuerung a gilt - wie bereits erwähnt - der Wert a = Tn/12.

äquidistanten Zeitpunkten tj = 0, Tn/6,2Tn/6... Tn mit i = 0,1, Die beiden Teilstrombalken sind dann zu einem Strombalken

2,... eine Aussteuerung a erfolgt. Eine bestimmte Aussteuerung der Breite Tn/3 verschmolzen. Das ist in Fig. 11 durch die bei-

a entspricht dabei einem bestimmten Betrag des einzuspeisen- den gestrichelten grösseren Strombalken angedeutet. Die mini-

den Strom-Gegensystems. Wird ein grösserer Betrag erforder- 5 male Aussteuerung a ist durch den Wert a = 0 vorgegeben.

lieh, so wird von der Steuereinrichtung 20 eine grössere Aus- Zur Veränderung der Phasenlage des eingespeistan Stromsteuerung a vorgegeben. Die Zünd- und Löschzeitpunkte der Gegensystems werden sämtliche Teilstrombalken der Fig. 10 einzelnen Ventile A bis F werden dann in Richtung der waage- bis 12 gemeinsam im gleichen Sinne um denselben Betrag je rechten Pfeile von Fig. 14 verschoben. nach Anforderung zeitlich vor- oder zurückverschoben.

Die Verschiebungsrichtung für das Zünden und Löschen io Aus Fig. 11 wird folgendes deutlich: Die Einspeisung eines der Ventile A und B bei vergrösserter Aussteuerung a ist durch Strom-Gegensystems mit maximal möglichem Betrag kann mit waagerechte Pfeile auch in Fig. 5 bzw. 6 kenntlich gemacht. einem Pulsprogramm durchgeführt werden, das so aufgebaut Hieraus ergibt sich, dass die kürzere und die längere Einschalt- ist, dass im Ausgangsstrom ii pro Periode T„ ein positiver und dauer gegensinnig steuerbar sind. Aus Fig. 5 und 6 ist weiter ein negativer Strombalken entsteht, die eine maximale Breite ersichtlich, dass die längere Einschaltdauer die Länge (Tn/p) i s von Tn/3 und einen gegenseitigen Abstand von Tn/6 besitzen. + 2a und dass die kürzere Einschaltdauer die Länge (T„/p) - 2a Eine Verringerung des maximalen Betrages erfordert eine Verbesitzt, wobei vorliegend p = 6 gilt Während bei einer vergrös- ringerung der Stromflussdauer in jeder Halbperiode. Das wird serten Aussteuerung a die längere Einschaltdauer grösser wird, dadurch erreicht, dass der Strombalken in jeder Halbperiode in nimmt die kürzere hierbei ab. Bei einer maximalen Aussteue- eine gewisse Zahl 2k von Teilstrombalken aufgeteilt wird rung a = Tn/12 ist die längere Einschaltdauer Tn/3 und die kür- 20 («Strompulsen»), wobei die Breite der Teilstrombalken verrin-zere Einschaltdauer 0 geworden. Bei einer Aussteuerung a = 0 gert wird. Dabei kann k eine der Zahlen 1,2,3,... annehmen, sind jedoch beide Einschaltdauern gleich gross; sie haben dann Beispielsweise kann eine Aufteilung in 2k = 2 gleich breite und den Wert Tn/6 angenommen. Entsprechendes gilt für die Ein- symmetrisch gelegene Teilstrombalken vorgenommen werden, schaltdauern in den Figuren 7 bis 10. Dies ergibt sich aus Fig. 11. Abweichend davon kann aber auch

Aus Fig. 11 ist ersichtlich, dass bei einer vergrösserten Aus- 25 eine Aufteilung in 2k = 4 oder mehr Teilstrombalken erfolgen,

Steuerung a die Flanken der einzelnen Teilstrombalken in Rieh- die jeweils gleiche Breite besitzen müssen. Allerdings ist zu tung der Pfeile verschoben werden, dass also die Gesamtbreite beachten, dass mit steigender Anzahl 2k von Teilstrombalken

2a jedes Teilstrombalkens zunimmt. Als Maximalwert für die die Schaltverluste steigen.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

622388 2 PATENTANSPRÜCHE richters angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der

1. Einrichtung zur Symmetrierung eines unsymmetrischen netzgeführte Stromrichter (11) auf konstanten Ausgangsstrom Verbrauchers, der aus einem Drehspannungsnetz gespeist ist, (id) geregelt ist (Figur 1).

mit einem wechselspannungsseitig mit vertauschter Phasen- 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

folge an das Drehspannungsnetz angeschlossenen selbstge- 5 dass der netzgeführte Stromrichter (11) steuerbare Ventile in führten Stromrichter, dessen steuerbare Ventile in Drehstrom- Drehstrom-Brückenschaltung umfasst (Figur 1). Brückenschaltung angeordnet, zwangsweise löschbar und so 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gesteuert sind, dass ein Ausgangsstrom mit netzfrequenter gekennzeichnet, dass als Gleichstromquelle (10) eine Drossel-

Grundschwingung erzeugt wird, wobei die Phasenlage bezüg- spule (23) vorgesehen ist, die über den selbstgeführten Stromlich der Netzwechselspannung in Abhängigkeit von der Pha- 10 richter (5) aus dem Drehspannungsnetz (3) gespeist ist, und dass senlage und die Amplitude der Grundschwingung in Abhängig- die Phasenlage der Ausgangsströme (ii, Ì2, i3) des selbstgeführ-keit von der Amplitude des zur Symmetrierung erforderlichen ten Stromrichters (5) bezüglich der Netzwechselspannung Strom-Gegensystems geführt ist, und mit einer an den Strom- gering abweichend von dem Wert, der durch das zur Symme-richter angeschlossenen Gleichstromquelle, dadurch gekenn- trierung erforderliche Strom-Gegensystem vorgegeben ist, so zeichnet, dass die Gleichstromquelle (10) zum Einspeisen eines )5 gesteuert ist, dass sich in der Drosselspule (23) der konstante konstanten, der maximal zu symmetrierenden Unsymmetrie- Gleichstrom (Id) einstellt (Figur 2).

leistung entsprechenden Gleichstroms (Id) vorgesehen ist, und 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch dass der selbstgeführte Stromrichter (5) durch Zünden und gekennzeichnet, dass zwischen dem wechselspannungsseitigen Löschen seiner Ventile (A-F) sowohl in Abhängigkeit von der Ausgang des selbstgeführten Stromrichters (5) und dem Dreh-Phasenlage als auch in Abhängigkeit von der Amplitude des 20 spannungsnetz (3) ein Transformator (6) angeordnet ist (Fig. 1 erforderlichen Strom-Gegensystems gesteuert ist, wobei eine bis 3).

Änderung der Amplitude der Grundschwingung des Ausgangs- 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch stroms (ii, Ì2, Ì3) durch Pulsbreitensteuerung in einem dem gekennzeichnet, dass als selbstgeführter Stromrichter (5) ein Steuersatz des selbstgeführten Stromrichters (5) vorgegebenen Stromrichter mit Phasenfolgelöschung vorgesehen ist, bei dem Pulsprogramm und eine Änderung der Phasenlage der Grund- 2s sämtliche Ventile (Al bis D2) steuerbar ausgeführt sind (Fig. 3). Schwingung des Ausgangsstroms (ii, Ì2, Ì3) durch Verschieben des gesamten Pulsprogramms gegenüber den Nulldurchgängen der Netzwechselspannung durchgeführt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass das Pulsprogramm so beschaffen ist, dass der Ausgangs- 30

ström (ii, Ì2, Ì3) pro Periode T„ der Netzwechselspannung in sym- Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Symme-metrischer Anordnung aus mindestens 2k=2 nebeneinander trierung eines unsymmetrischen Verbrauchers, der aus einem liegenden positiven und mindestens 2k=2 nebeneinander lie- Drehspannungsnetz gespeist ist, mit einem wechselspannungs-genden negativen Teilstrombalken mit jeweils steuerbarer seitig mit vertauschter Phasenfolge an das Drehspannungsnetz

Gesamtbreite (2a) besteht, wobei die positiven und die negati- 35 angeschlossenen selbstgeführten Stromrichter, dessen steuer-ven Teilstrombalken jeweils gleiche Breite (2a) und einen bare Ventile in Drehstrom-Brückenschaltung angeordnet,

gegenseitigen Abstand von Tn/(p.k) besitzen, worin Tn die zwangsweise löschbar und so gesteuert sind, dass ein Aus

Periode der Netzwechselspannung, p die Pulszahl des selbstge- gangsstrom mit netzfrequenter Grundschwingung erzeugt führten Stromrichters (5) und k eine positive ganze Zahl ist wird, wobei die Phasenlage bezüglich der Netzwechselspan-

(Fig. 11 bis 13). 40 nung in Abhängigkeit von der Phasenlage und die Amplitude

3. Einrichtung nach Anspruch 2 mit einem sechspulsigen der Grundschwingung in Abhängigkeit von der Amplitude des selbstgeführten Stromrichter, dadurch gekennzeichnet, dass zur Symmetrierung erforderlichen Strom-Gegensystems bei k= 1 die positiven und die negativen Teilstrombalken geführt ist, und mit einer an den Stromrichter angeschlossenen jeweils symmetrisch in zwei im Abstand einer halben Periode Gleichstromquelle. Eine solche Einrichtung ist aus der deut-T„/2 liegenden Zeitpunkten (tl, t2) gelegen sind, dass ihre Breitens sehen Offenlegungsschrift 2 247 819 bekannt.

(2a) gleich bemessen ist und dass jeweils ihre durch Addition Um Rückwirkungen auf das Drehspannungsnetz durch gewonnene Gesamtbreite (4a) maximal bis zu einer Drittelpe- einen unsymmetrischen Verbraucher, z. B. einen Lichtbogen-riode T„/3 steuerbar ist (Fig. 11 bis 13). Schmelzofen, zu vermeiden oder gering zu halten, muss die

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, Blindleistung des Verbrauchers kompensiert und die unsymme-dass beidseitig symmetrisch zu äquidistanten Zeitpunkten 50 trische Verteilung der Wirklast auf die einzelnen Netzphasen jeweils wenigstens ein Ventil (A bis F) des Stromrichters (5) symmetriert werden. Da sich Blindleistung und Unsymmetrie stromleitend gesteuert ist, wobei die Einschaltdauer der einzel- des Verbrauchers fast sprungartig ändern können, müssen zur nen Ventile (A bis F) des Stromrichters (5) in Abhängigkeit von Kompensation und zur Symmetrierung Einrichtungen Verwender Höhe der zu symmetrierenden Unsymmetrieleistung det werden, die Stellzeiten im Bereich von Millisekunden besit-geführt ist und wobei die Phasenlage der äquidistanten Zeit- 55 zen, die also Blindleistungs- und Unsymmetrieänderungen sehr punkte (tj) bezüglich der Nulldurchgänge der Netzwechsel- schnell ausregeln können.

Spannung in Abhängigkeit von der Phasenlage des zur Symme- Das von einem unsymmetrischen dreiphasigen Verbrau-trierung benötigten Strom-Gegensystems einstellbar ist (Fig. 5 eher in einem Drehspannungsnetz hervorgerufene Stromsy-bis 10). stem lässt sich bekanntlich in ein symmetrisches mitläufiges

5. Einrichtung nach Anspruch 4 für ein dreiphasiges Dreh- 60 und in ein symmetrisches gegenläufiges Stromsystem zerlegen, spannungsnetz, dadurch gekennzeichnet, dass pro Periode (Tn) Wird ein entsprechendes Strom-Mitsystem in das Drehspan-der Netzwechselspannung zwei Ventil-Einschaltzeiten unter- nungsnetz eingespeist, so lässt sich die durch den Verbraucher schiedlicher Dauer vorgesehen sind (z. B. Figur 5). bedingte Blindleistung kompensieren; durch Einspeisung eines

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei als entsprechenden Strom-Gegensystems lässt sich dagegen die Gleichstromquelle ein netzgeführter Stromrichter vorgesehen 65 Unsymmetrieleistung kompensieren. Auf dieser Tatsache ist, der wechselspannungsseitig an das Drehspannungsnetz und beruht die aus der DT-OS 2 247 819 bekannte Einrichtung zur gleichstromseitig über eine Glättungsdrossel (13) an die gleich- Symmetrierung und Blindleistungskompensation eines Ver-stromseitigen Anschlussklemmen des selbstgeführten Strom- brauchers.

Bei der aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 247 819 bekannten Einrichtung zur Symmetrierung eines unsymmetrischen Verbrauchers ist ein selbstgeführter Stromrichter über einen Transformator mit vertauschter Phasenfolge an ein Drehspannungsnetz angeschlossen. Der Stromrichter wird über eine Glättungsdrossel von einem netzgeführten Stromrichter mit eingeprägtem Gleichstrom gespeist. Netzgeführter und selbstgeführter Stromrichter werden mit Netzfrequenz getaktet. Daher kann für den netzgeführten und für den selbstgeführten Stromrichter eine gemeinsame Messeinrichtung für das erforderliche Strom-Gegensystem vorgesehen sein. Mit dieser Messeinrichtung lässt sich über die Steuerung des netzgeführten Stromrichters die Höhe (der Betrag) und über die Steuerung des selbstgeführten Stromrichters die Phasenfolge des symmetrierenden Strom-Gegensystems beeinflussen.

Soll bei dieser bekannten Einrichtung der Betrag des Strom-Gegensystems verändert werden, so muss über die Steuerimpulse des netzgeführten Stromrichters dessen Ausgangsstrom verändert werden. Die Glättungsdrossel im Zwischenkreis zwischen den beiden Stromrichtern setzt jedoch wegen ihrer beträchtlichen Induktivität einer schnellen Stromänderung einen ansehnlichen induktiven Widerstand entgegen, so dass eine Änderung des Ausgangsstroms bei vorgegebener Bauleistung des netzgeführten Stromrichters nur relativ langsam erzielt werden kann. Soll dagegen die bekannte Einrichtung auch für die Bewältigung schneller Änderungen der Unsymmetrieleistung geeignet sein, so muss der netzgeführte Stromrichter für grosse Spannungen und gleichzeitig auch für grosse Ströme bemessen sein, d.h. die hierfür aufgewendete Bauleistung ist sehr gross. Die vom netzgeführten Stromrichter aufgenommene Blindleistung ist in diesem Fall beträchtlich.