DE2708305C3 - Symmetrierungseinrichtung für ein von einem unsymmetrischen Verbraucher belastetes Drehspannungsnetz - Google Patents
Symmetrierungseinrichtung für ein von einem unsymmetrischen Verbraucher belastetes DrehspannungsnetzInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Symmetrierungseinrichtung für ein von einem unsymmetrischen
Verbraucher belastetes Drehspannungsnetz mit in vertauschter Phasenfolge an das Drehspannungsnetz
angeschlossenem selbstgeführten Stromrichter, dessen steuerbare Ventile in Drehstrom-Brückenschaltung
angeordnet, zwangsweise löschbar und so gesteuert sind, daß ein Ausgangsstrom mit netzfrequenter
Grundschwingung erzeugt wird, die in ihrer Phasenlage zur Netzwechselspannung in Abhängigkeit von der
Phasenlage und deren Amplitude in Abhängigkeit von
ho der Amplitude des zur Symmetrierung erforderlichen
Strom-Gegensystems geführt ist, und mit einer den Stromrichter speisenden Gleichstromquelle. Eine solche
Einrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 47 819 bekannt.
hi Um Rückwirkungen auf das Drehspannungsnetz
durch einen unsymmetrischen Verbraucher, z. B. einen Lichtbogen-Schmelzofen, zu vermeiden oder gering zu
halten, muß die Blindleistung des Verbrauchers
kompensiert und die unsymmetrische Verteilung der Wirklast auf die einzelnen Netzphasen Symmetrien
werden. Da sich Blindleistung und Unsymmetrie des Verbrauchers Fast sprungartig ändern können, müssen
zur Kompensation und zur Symmetrierung Einrichtungen verwendet werden, die Stellzeiten im Bereich von
Millisekunden besitzen, die also Blindleistungs- und
Unsymmetrieänderungen sehr schnell ausregeln können.
Das von einem unsymmetrischen dreiphasigen Verbraucher in einem Drehspannungsnetz hervorgerufene
Stromsystem läßt sich bekanntlich in ein symmetrisches niitläufiges und in ein symmetrisches gegenläufiges
Stromsystem zerlegen. Wird ein entsprechendes Strom-Mitsystem in das Drehspannungsnetz eingespeist,
so läßt sich die durch den Verbraucher bedingte Blindleistung kompensieren; durch Einspeisung eines
entsprechenden Strom-Gegensystems läßt sich dagegen die Unsymmetrieleistung kompensieren. Auf dieser
Tatsache beruht die aus der DE-OS 22 47 819 bekannte
Einrichtung zur Symmetrierung und Blindleistungskompensation eines Verbrauchers.
Bei der aus der deutschen Offenlegu-gsschrift
22 47 819 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 sctmellen Stromänderung
einen ansehnlichen induktiven Widerstand entgegen, so daß eine Änderung des Ausgangsstroms bei
vorgegebener Bauleistung des netzgeführten Stromrichters nur relativ längsten 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.
In der älteren deutschen Patentanmeldung DE-AS eo 26 43 048 ist eine Symmetrierungseinrichtung für ein
von einem unsymmetrischen Verbraucher belastetes Drehstromnetz mit in vertauschter Phasenfolge an das
Drehstromnetz angeschlossenem selbstgeführtem, aus einer Gleichstromquelle gespeisten Stromrichter, dessen
Hauptventile ir Drehstrom-Brückenschaltung angeordnet, zwangsweise löschbar und so gesteuert sind,
daß ein Ausgangsstrorr. mit netzfrequenter Grundschwingung erzeugt wird, die in ihrer Phasenlage zur
Netzwechselspannung abhängig von der Phasenlage bzw. deren Amplitude abhängig von der Amplitude des
zur Symmetrierung erforderlichen Strom-Gegensystems geführt ist, unter Schutz gestellt, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß der von der Gleichstromquelle eingespeiste Gleichstrom als konstanter
Gleichstrom gehalten und nach der maximal zu symmetrierenden Unsymmetrieleistung bemessen ist
und daß die gleichstromseitigen Anschlußklemmen des selbstgefüh.-ten Stromrichters durch einen parallel zu
den Ventilen des selbstgeführten Stromrichters liegenden Gleichstromsteller miteinander verbunden sind, der
mit einer Taktfrequenz gesteuert ist, die in ganzzahliges Vielfaches der Netzfrequenz der Netzwechselspannung
ist. Bei der dort vorgeschlagenen Symmetrierungseinrichtung wird also von der Einspeisung eines konstanten
Gleichstroms in den selbstgeführten Stromrichter Gebrauch gemacht. Darüber hinaus isi dort ein
Gleichstromsteller zwingend vorgeschrieben. Ein solcher Gleichstromsteller wird bei ■:*-:. r vorliegenden
Erfindung nicht verlangt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannte Symmetrierungseinrichtung so auszugestalten,
daß ebenfalls große Stellgeschwindigkeiten üeim Ausgleich von Unsymmetrieänderungen erzielt werden
können, daß aber die in den selbstgeführten Stromrichter
einspeisende Gleichstromquelle einen wesentlich geringeren Aufwand erfordert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß der von der Gleichstromquelle eingespeiste Gleichstrom als konstanter Gleichstrom gehalten und
nach der maximal zu symmetrierenden Unsymmetrieleistung bemessen 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 Augangsstroms des selbstgeführten Stromrichters
durch Pulsbreitensteuerung in einem dem Steuersatz dieses selbstgeführten Stromrichters vorgegebenen
Pulsprogramm und eine Änderung der Phasenlage der Grundschwingung des Ausgangsstromes diirch Verschieben
des gesamten Pulsprogramms gegenüber den Nulldurchgängen der Netzwechselspanimng 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
beeinflußt. Außerdem wird durch Verschiebung der zeitlichen Lage des gesamten Pulsprogramms für das
Zünden und Löschen der steuerbaren Ventile des selbstgeführten Svomrichters die Phasenlage des
Ausgangsstroms hinsichtlich der Netzwechselspannung verändert. Die Phasenlage kann — sofern die
Kommutierungsschaltung des Selbstgefühlen Stromrichters entsprechend ausgelegt ist — je nach Bedarf
praktisch jeden beliebigen Winkel im Bereich von 0° bis 360° el annehmen. Oie erreichte Verschiebung muß
dabei identisch mit der gewünschten Phasenlage sein.
Es kann also gesagt werden, daß über Pulsbreiten-
steuerung in dem vorgegebenen Pulsprogramm des selbstgeführten Stromrichters die Amplitude und durch
zeitliches Verschieben dieses Pulsprogramms gegenüber den Nulldurchgängen der Nelzwechselspannung
die Phasenlage des eingespeisten symmetrierenden Strom-Gegensystems eingestellt wird. Die gewünschte
Phasenlage und Amplitude des eingespeisten Strom-Gegensystems werden 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
der konstante Gleichstrom einstellt. Diese Ausführung*
form beruht auf der Erkenntnis, dal.) es lct/tlicl
gleichgültig ist. auf welche Weise am Eingang de« selbstgeführten Stromrichters der konstante Gleich
. strom erzeugt wird. Bei dieser Ausgestaltung wird alst
der selbstgeführte Stromrichter gleichfalls auch zui
Erzeugung des Gleichstroms herangezogen. Hierbei i
allerdings ein geringer, dem ohmschen Widerstand dci Drosselspule entsprechender Wirkleistungsverbraucr des selbstgeführten Stromrichters zu verzeichnen.
allerdings ein geringer, dem ohmschen Widerstand dci Drosselspule entsprechender Wirkleistungsverbraucr des selbstgeführten Stromrichters zu verzeichnen.
Zwischen dem selbstgeführten Stromrichter und den Drehspannungsnet/, kann zur Spannungsanpassung eir
Transformator angeordnet sein. Zur Unterdrückung bestimmter Oberschwingungen lassen sich dabei höher
pulsige Transformator- und Stromrichterschaltunger verwenden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als selbstgeführtei
Stromrichter ein Stromrichter mit Phasenfolgelöschung vorgesehen ist. bei dem sämtliche Ventile steuerbai
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 ist.
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 Hip Anzahl Her F.insrhaltzeiten 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 gleichstromseitigen Anschlußklemmen
des selbstgcrührten 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 das zur
Symmetrierung erforderliche Strom-Gegensystem vorgegeben ist, so gesteuert ist. daß sich in der Drosselspule
Aufwand aus.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung muß — in
Gegensatz zur Einrichtung nach der DE-OS 22 47 8Ι<·
— nicht der eingeprägte Gleichstrom selbst ir Abhängigkeit von der erforderlichen l'nsymmetrielei
stung gesteuert werden. Mit Hilfe des selbstgeführter Stromrichters wird vielmehr, angepaßt an den Bedarf
pro Periode der Netzwechselspannung jeweils nur eir mehr o:.!tr weniger großer Bruchteil des eingeprägter
und also unverändert gelassenen Gleichstroms gleich sam »ausgeblendet« und für die Kompensation der von
Verbraucher erzeugten Unsymmatrieleistung herange zogen. Dabei muß der netzgefültfte Stromrichter, dei
bei einer der genannten Ausbildungen vorhanden ist lediglich zur Erzeugung des eingeprägten Gleichstroms
nicht jedoch für schnelle Änderungen bemessen sein Außerdem muß dieser netzgeführte Stromrichter zwai
für hohe Ströme, jedoch nur für kleine Spannunger ausgelegt sein. Bei der Verwendung einer Drosselspule
die bei einer weiteren der genannten Ausbildungen al Gleichstromquelle vorhanden ist. entfällt der gesamt!
Aufwand hinsichtlich des netzgeführten Stromrichters Weiterhin ist gegenüber der bekannten Einrichtung dei
Blindleistungsbedarf wesentlich reduziert. Bei Verwen dung der genannten Drosselspule als Gleichstromquelle
ist der Blindleistungsbedarf sogar Null. Dies wird al· besonders vorteilhaft angesehen.
Zur Erzeugung des Pulsprogrammes kann au bekannte und bewährte Pulsprogrammgeber zurückge
griffen werden, die bei Pulswechselrichtern eingesetz werden.
Unter dem Begriff »Drehspannungsnetz« wiru vor liegend allgemein ein n-phasiges Netz verstanden, wo
bei /7 = 3, 4,.., also eine ganze Zahl größer als 2 ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden irr folgenden anhand von 14 Figuren näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 eine erste Ausführungsform einer Einrichtung
zur Symmetrierung eines unsymmetrischen Verbrau chers. bei der als Gleichstromquelle ein netzgeführter
Stromrichter vorgesehen ist,
F i g. 2 eine zweite Ausführungsform einer Einrichtung zur Symmetrierung eines unsymmetrischen Ver
brauchers, bei der als Gleichstromquelle eine Drossel spule vorgesehen ist,
Fig.3 eine dritte Ausführungsform mit einem bevorzugten selbstgeführten Stromrichter,
F i g. 4 den von der Gleichstromquelle abgegebenen
Gleichstrom in Abhängigkeit von der Zeit.
Fig. 5 bis IO Zeitdiagramme, die die Zündverteilung
und die .Stromführungsdauer der einzelnen Ventile des
selbst geführ I cn Stromrichters veranschaulichen.
F-' i g. 11 bis 1 3 den zugehörigen zeitlichen Verlauf der
drei Ausgangsströme des selbstgeführten Stromrichters, und
Fig. 14 die zugehörige Zeitachse mit äquidistantcr
F.int.'i ting.
Nach F-" ig. I speist ein Drehstrom-Gencrator 2 über
ein Drehspannungsnetz 3 mit den Phasenlcitern R. S. T einen unsymmetrischen Verbraucher «') mit einer
Netzwechselspannung der Netzfrequenz fn= MTn. Als
Verbraucher 4 ist hier speziell eine induktive dreiphasige Last vorgesehen. Das kann aber auch beispielsweise
ein Lichtbogen-Schmelzofen sein, der nur zwischen
zwei der F'hasenleiter R, S, 7~angeschlossen ist.
Die vom Verbraucher 4 aufgenommene Unsymmetrieleistung wird durch eine Einrichtung zur Symmetrieeingeprägten,
der maximal zu kompensierenden Unsymmetrieleistung entsprechenden Gleichstrom /,/. der
in einem Stromregelkrcis konstant gehalten wird. Als Gleichstromquelle 10 ist nach I'i g. I ein netzgeführter
Stromrichter 11 mit steuerbaren Ventilen in Drehstrom-Rriickenschaltung
vorgesehen, der wechselspannung*· seitig über einen Eingangstransformator 12 in Stern-Stern-Schaltung
an das Drehspannungsnetz 3 und gleichstromseitig über eine Glattungsdrossel 13 an die
Anschlußklemmen 7, 8 angeschlossen ist. Die Zündimpulsc
für die steuerbaren Ventile des netzgeführten Stromrichters 11 werden von einem Steuergerät 15
geliefert, das aus dem Drehspannungsnetz 3 gespeist und mit diesem synchronisiert ist. Zur Messung des
Gleichstroms /,/ ist ein Strommeßglied 14 vorgesehen,
das Bestandteil des (nicht näher gezeigten) Stromregelkreises ist. Zur Lieferung des eingeprägten Gleichstroms
/</ muß der Stromrichter 11 zwar für den vollen
Gleichstrom /,/dimensioniert werden, braucht aber nur
Drehstrom-Generator 2 und dem Verbraucher 4 angeordnet. Sie ist so aufgebaut, daß sie die auftretende
Unsymmetrieleistung im Drehspannungsnetz 3 möglichst weitgehend kompensiert, bei Unsymmetrieänderungcn
sehr schnell anspricht und diese ausregclt. Sie speist dazu mittels ihrer Ausgangsströme /Ί, /j. /j ein
Strom-Gegensystem in das Drehspannungsnetz 3 ein.
Die Einrichtung zur Symmetrierung umfaßt einen selbstgeführten Stromrichter 5 mit p = b steuerbaren
Ventilen .4 bis Fin Drehstrom-Brückenschaltung. Die Ventile A. B und C. D und F. F sind jeweils in
geg.nüberliegenden Brückenzweigen angeordnet. Sämtliche Ventile A bis F sind jeweils einzeln
einschaltbar und zwangsweise löschbar. Jedes dieser Ventile A bis F kann dabei aus einem Hauptthyristor
bestehen, dem die Reihenschaltung eines Löschkondensators und eines Löschthyristors parallel geschaltet ist
(vergleiche DE-OS 22 47 819. Fig. 2). Auch andere Kommutierungsschaltungen sind einsetzbar: hierauf
wird bei F i g. 3 noch eingegangen.
Die wechselstromseitigen Ausgangsklemmen u. r. w
des Stromrichters 5 sind an die Anschlußklemmen r. s, t eines zur Spannungsanpassung vorgesehenen Transformators
6 in Stern-Stern-Schaltung angeschlossen. Der Anschluß ist so vorgenommen, daß die Phasenfolge
vertauscht ist. Dazu ist hier speziell die Ausgangsklemme u mit der Anschlußklemme 5 und die Ausgangsklemme
ν mit der Anschlußklemme r verbunden. Weiterhin sind die beiden Klemmen tv und I miteinander
verbunden. Durch diese Vertauschung der Phasenfolge ist der Stromrichter 5 in der Lage, je nach Amplitude der
netzfrequenten Grundschwingungen der Ausgangsströme /ι, /2. /3 und der zeitlichen Lage seiner Steuerimpulse
ein beliebig einstellbares symmetrisches Gegen-Stromsystem mit einem zur Phasenfolge des Drehspannungsnetzes
3 umgekehrten Drehsinn zu liefern, also ein in der Phasenlage zwischen 0° und 360° el einstellbares
Strom-Gegensystem abzugeben, wie es zur Symmetrierung des Verbrauchers 4 gefordert wird.
Es sei darauf hingewiesen, daß sich die Vertauschung der Phasenfolge auch elektrisch durch geänderte
Zündfolge erreichen läßt. Zur Unterdrückung von bestimmten Oberschwingungen kann der Transformator
6 abweichend von der Darstellung auch in mehrpulsiger Schaltung ausgeführt sein.
An die beiden gleichstromseitigen Anschlußklemmen
7 und 8 des selbstgeführten Stromrichters 5 ist eine Gleichstromquelle 10 angeschlossen. Diese liefert einen
ι .
Der selbstgeführte Stromrichter 5 wird von einer Steuereinrichtung 20 gesteuert. Dieser Steuereinrichtung
20, die eine Meßeinrichtung für das erforderliche Strom-Gegensystem und einen Pulsprogrammgeber mit
Steuersatz besitzt, sind als Meßgrößen die Netzwechselspannung und der Netzwechselstrom 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 /1. ii; 's-
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 Phasenlage des in
das Drehspannungsnetz. 3 eingespeisten Strom-Gegensystems einstellen. Das wird später anhand der Fig. 4
bis 14 verdeutlicht.
Die Einrichtung zur Symmetrierung nach F i g. 2 zeigt weitgehend denselben Aufbau wie diejenige nach
Fig. 1. Es ist 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
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 e.n konstanter, eingeprägter Gleichstrom U 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 i-„ h. h des
selbstgeführten Stromrichters 5 bezüglich der Netzwechselspannung 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 Verstellung 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 F i g. J zeigt
weitgehend denselben Aufbau wie diejenige nach Fig. I. Allerdings wird hier ein selbstgeführter Stromrichter
5 in besonders günstiger Schaltung verwendet. Fs handelt sich um einen selbstgcführten net/.getaktcten
Stromrichter 5, der mit modifizierter Phasenfolgelöschung
arbeitet, l.ii Stande der Technik sind bereits
dreiphasige Stromrichter in Brückenschaltung bekannt, die auf dem Prinzip der Phasenfolgelöschung beruhen
(ITZ-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 Vcntilzweig ein
steuerbares Hauptventil mit einer Diode in Reihe geschaltet. Abweichend davon sind vorliegend die
üblichen Dioden durch steuerbare Ventile, insbesondere Thyristoren, ersetzt, so daß sämtliche Ventile A 1 bis F2
steuerbar sind. Vorliegend umfaßt die dreiphasige Brückenschaltung zwei Brückenhälften, von denen jede
aus drei Ventilzweigen besteht. Jeder Ventilzweig uCSiiZi uic ivcincMsCliäliüilg eines eiMcn sieueibaten
Hauptventils A 1, öl, Cl, Dl, El. Fl mit einem
zweiten steuerbaren Hauptventil A 2, B2, C2, D2, E2, F2. Jede Brückenhälfte enthält weiter drei Kommutierungskondensatoren
Kac. Kcr. KK.\ bzw. Κβιχ Kor. Kib,
von denen jeder Kommutierungskondensator (z. B. Kac) zwischen dem Verbindungspunkt in der einen
Reihenschaltung (z. B. A I1 A 2) 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 3004 BRD erläutert. Der Stromrichter 5 wird über eine Drosselspule 13 mit konstantem Gleichstrom
Id aus einem kleinen netzgeführten Stromrichter 11 gespeist.
Im folgenden wird anhand der Fig. 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 F i g. 2 vorgegangen
werden.
Aus den Fig.4 und 14 ergibt sich ein Steuerbeispiel
für dip Stpiipning r\ps R^ironc Hes einzureisender.
Strom-Gegensystems. Die einzelnen Zeitabschnitte beziehen sich dabei auf die in Fig. 14 dargestellte
Zeitachse f.
Nach Fig.4 besitzt der Gleichstrom U 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 ld 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 ;>.
Danach erhält jedes Ventil A bis F in jeder Periode Tn=Mfn der Netzwechselspannung zwei Zündimpulse.
Jedes Ventil A bis Fist 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 F i g. 5 geht hervor, daß die längere der beiden
Einschaltdaucrn symmetrisch zu einem ersten Zeitpunkt I 1 und die kürzere der beiden Einsehaltdauern
symmetrisch zu einem zweiten Zeitpunkt I 2 liegt. Nach Fig. 14 ist die Periodendauer Tn durch äquidistante
·> Zeitpunkte i, = 0, TnIb, 2 TnZb, 3 TnIb ...,Tn mit ; = 0, 1,2,
... unterteilt; es gilt hierbei I1- /,-1 = T„/(pk)~ \l(pfnk),
wobei ρ die Pulszahl des Stromrichters 5, f„ wieder die
Netzfrequenz und k eine positive ganze Zahl bedeutet. Die Pulszahl ρ ist vorliegend gleich 6 und k ist gleich 1
ίο gewählt. Der erste Zeitpunkt t 1 liegt genau zwischen
TnIb und 2 TnIb. Der zweite Zeitpunkt I 2 liegt um Tn/2
zeitlich später und somit genau zwischen 4 TnIb und
5 TnIb. 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 T„/2 gegeneinander
verschoben. Aus einem Vergleich der Ventilströme i.\
-ι- η j
UdIJ UI^
j ; i~:_ c
..ι /; ...:-λ „ η j ·ι:^ι- -ι- η j
Steuerungsprogramm der beiden Ventile A und B identisch ist, aber um eine halbe l'eriodendauer
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 /Vund /'oder beiden benachbarten Ventile Cund D nach F i g. 7 und 8 sowie
für die beiden Ventilströme in und ;>
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 TnIZ zeitlich nachverschoben, und
die Steuerung des anderen Ventilpaares D. F ist gegenüber dem Ventilpaar A, B um TnIi zeitlich
vorverschoben.
Die in den F i g. 5 bis 10 dargestellte Stromverteilung
der Ventile A bis F hat zur Folge, daß sich drei gegeneinander um TnIi phasenverschobene Ausgangsströme
/ι, /2, /3 einstellen. Ihr Zeitverlauf ist in den
F i g. 11 bis 13 gezeigt. Pro Periode ergeben sich danach jeweils zwei benachbarte positive und zwei benachbarte
negative Teilstrombalken gleicher Breite la. Hier traopn alen incopcamf vipr TpiktrnmhalWpn nrn PprinHp
zur Grundschwingung bei. Die Gesamtbalkenlänge pro Halbperiode ist gleich 4a.
Zur Amplitudensteuerung ist folgendes zu sagen:
Aus Fig. 14 geht hervor, daß beidseitig symmetrisch zu den äquidistanten Zeitpunkten i, = 0, TnIb, 2 TnIb ... Tn mit /=0, 1, 2, ... eine Aussteuerung a erfolgt. Eine bestimmte Aussteuerung a entspricht dabei einem bestimmten Betrag des einzuspeisenden Strom-Gegensystems. Wird ein größerer Betrag erforderlich, so wird von der Steuereinrichtung 20 eine größere Aussteuerung a vorgegeben. Die Zünd- und Löschzeitpunkte der
Aus Fig. 14 geht hervor, daß beidseitig symmetrisch zu den äquidistanten Zeitpunkten i, = 0, TnIb, 2 TnIb ... Tn mit /=0, 1, 2, ... eine Aussteuerung a erfolgt. Eine bestimmte Aussteuerung a entspricht dabei einem bestimmten Betrag des einzuspeisenden Strom-Gegensystems. Wird ein größerer Betrag erforderlich, so wird von der Steuereinrichtung 20 eine größere Aussteuerung a vorgegeben. Die Zünd- und Löschzeitpunkte der
,5 einzelnen Ventile A bis F werden dann in Richtung der
waagerechten Pfeile von F i g. 14 verschoben.
Die Verschiebungsrichtung für das Zünden und Löschen der Ventile A und B bei vergrößerter
Aussteuerung a ist durch waagerechte Pfeile auch in F i g. 5 bzw. 6 kenntlich gemacht. Hieraus ergibt sich,
daß die kürzere und die längere Einschaltdauer gegensinnig steuerbar sind. Aus F i g. 5 und 6 ist weiter
ersichtlich, daß die längere Einschaltdauer die Länge (Tnlp)+2a und daß die kürzere Einschaltdauer die
Länge (T„lp)—2a besitzt, wobei vorliegend p—b gilt.
Während bei einer vergrößerten Aussteuerung a die längere Einschaltdauer größer wird, nimmt die kürzere
hierbei ab. Bei einer maximalen Aussteuerung a=T„l\2
Il
ist die Üingere Einschaltdauer T„/i und die kürzere
Einschaltdaucr 0 geworden. Bei einer Aussteuerung .7 = 0 sind jedoch beide F.inschaltdauern gleich groß; sie
'laben dann Jen Wert TnIb angenommen. Entsprechendes
gilt für die Einschaltdauern in den F i g. 7 bis 10. =>
Aus F i g. 11 ist ersichtlich, daß bei einer vergrößerten
Aussteuerung a die Flanken der einzelnen Teilstrombalken in Richtung der Pfeile verschoben werden, daß also
die Gesamtbreite 2a jedes Teilstrombalkens zunimmt. Als Maximalwert für die Aussteuerung a gilt — wie
bereits erwähnt — der Wert a=T„/\2. Die beiden Teilstrombalken sind dann zu einem Strombalken der
Breite TnIZ verschmolzen. Das ist in Fig. 11 durch die
beiden gestrichelten größeren Strombalken angedeutet. Die minimale Aussteuerung a ist durch den Wert a = 0
vorgegeben.
Zur Veränderung der Phasenlage des eingespeisten Strom-Gegensystems werden sämtliche Teilstrombalken
der Fig. 10bis 12gemeinsam im gleichen Sinne um
denselben Betrag je nach Anforderung zeitlich vor- oder zurückverschoben.
Aus F i g. 11 wird folgendes deutlich: Die Einspeisung
eines Strom-Gegensystems mit maximal möglichem Betrag kann mit einem Pulsprogramm durchgeführt
werden, das so aufgebaut ist, daß im Ausgangsstrom /Ί pro Periode Tn ein positiver und ein negativer
Strombalken entsteht, die eine maximale Breite von T„/3 und einen gegenseitigen Abstand von 7Vo besitzen.
Eine Verringerung des maximalen Betrages erfordert eine Verringerung der Stromflußdauer in jeder Halbperiode.
Das wird dadurch erreicht, daß der Strombalken in jeder Halbperiode in eine gewisse Zahl 2k von
Teilstrombalkcn aufgeteilt wird (»Strompulsen«), wobei die Breite der Tcilstrombalken verringert wird. Dabei
kann k eine der Zahlen 1. 2, 3, ... annehmen.
Beispielsweise kann eine Aufteilung in 2Ar = 2 gleich breite und symmetrisch gelegene Tcilstrombalken
vorgenommen werden. Dies ergibt sich aus Fig. II. Abweichend davon kann über auch eine Aufteilung in
2k = 4 oder mehr Teilstrombalken erfolgen, die jeweils
gleiche Breite besitzen müssen. Allerdings ist zu beachten, daß mit steigender Anzahl 2k von Teilstrombalken
die Schaltverluste steigen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Symmetrierungseinrichtung für ein von einem
unsymmetrischen Verbraucher belastetes Drehspannungsnetz mit in vertauschter Phasenfolge an das
Drehspannungsnetz angeschlossenem selbstgeführten Stromrichter, dessen steuerbare Ventile in
Drehstrom-Brückenschaltung angeordnet, zwangsweise löschbar und so gesteuert sind, daß ein
Ausgangsstrom mit netzfrequenter Grundschwingung erzeugt wird, die in ihrer Phasenlage zur
Netzwechselspannung in Abhängigkeit von der Phasenlage und deren Amplitude in Abhängigkeit
von der Amplitude des zur Symmetrierung erforderlichen
Strom-Gegensystems geführt ist, und mit einer den Stromrichter speisenden Gleichstromquelle,
dadurch gekennzeichnet, daß der von der Gleichstromquelle (10) eingespeiste Gleichstrom
als konstanter Gleichstrom (Id) gehalten und nach der maximal zu symmetrierenden Unsymmetrieleistung
bemessen ist, und daß der selbstgeführte Stromrichter (5) durch Zünden und Löschen seiner
Ventile (A bis F) 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 (ι), h, 'j)
des selbstgeführten Stromrichters (5) durch Pulsbreitensteuerung in einem dem Steuersatz dieses
selbstgeführten Stromrichters (5) vorgegebenen Pulsprogramm und eine Änderung der Phasenlage
der Grundschwingung des Ausgangsstroms (i\, /2, /3)
durch Verschieben der gesar^'.en Pulsprogramms gegenüber den Nulldurcbgängen der Netzwechselspannung
durchgeführt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulsprogramm so beschaffen ist,
daß der Ausgangsstrom (i\, /2, /j) pro Periode (T„)der
Netzwechselspannung in symmetrischer Anordnung aus mindestens 2k=2 nebeneinander liegenden
positiven und mindestens 2k=2 nebeneinander liegenden negativen Teilstrombalken mit jeweils
steuerbarer Gesamtbreite (2a) besteht, wobei die positiven und die negativen Teilstrombalken jeweils
gleiche Breite (2a) und einen gegenseitigen Abstand von (U-f,_i)= T„/(p ■ k) besitzen, worin Tn die
Periode der Netzwechselspannung, ρ die Pulszahl des selbstgeführten Stromrichters (5) und k eine
positive ganze Zahl ist (F i g. 11 bis 1 J).
3. Einrichtung nach Anspruch 2 mit einem sechspulsigen selbstgeführten Stromrichter, dadurch
gekennzeichnet, daß bei Jt= 1 die positiven und die negativen Teilstrombalken jeweils symmetrisch in
zwei im Abstand einer halben Periode (T„I2) liegenden Zeitpunkten (t\,t2)gelegen sind,daß ihre
Breite (2a) gleich bemessen ist und daß jeweils ihre durch Addition gewonnene Gesamtbreile (4a)
maximal bis zu einer Drittelperiode (TJ2) steuerbar ist (F ig. 11 bis 13).
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß beidseitig symmetrisch zu äquidistanten Zeitpunkten jeweils wenigstens ein Ventil (A bis
F) des Stromrichters (5) stromleitend gesteuert ist, wobei die Einschaltdauer der einzelnen Ventile (A
bis F)des Stromrichters (5) in Abhängigkeit von der Höhe der zu symmetrierenden Unsymmetrieleistung
geführt ist und wobei die äquidistanten Zeitpunkte (ti) bezüglich der Nulldurchgänge der Netzwechselspannung
in Abhängigkeit von der Phasenlage des zur Symmetrierung benötigten Strom-Gegensystems
einstellbar ist (F i g. 5 bis 10),
5. Einrichtung nach Anspruch 4 für ein dreiphasiges Drehspannungsnetz, dadurch gekennzeichnet,
daß pro Periode (T„)der Netzwechselspannung zwei
Ventil-Einschaltzeiten unterschiedlicher Dauer vorgesehen sind (z. B. F i g. 5).
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche L bis 5,
wobei als Gleichstromquelle ein netzgeführter Stromrichter vorgesehen ist, der wechselspannungsseitig
an das Drehspannungsnetz und gleichstromseitig über eine Glättungsdrossel an die gleichstrom-
seitigen Anschlußklemmen des selbstgeführten Stromrichters angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der netzgeführte Stromrichter (11) auf konstanten Ausgangsstrom ^geregelt ist (F i g. 1).
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der
netzgeführte Stromrichter (11) steuerbare Ventile in Drehstrom-Brückenschaltung umfaßt (F ig. 1).
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichstromquelle
(10) eine Drosselspule (23) vorgesehen ist, die über den selbstgeführten Stromrichter (5) aus dem
Drehspannungsnetz (3) gespeist ist, und daß die Phasenlage der Xusgangsströme (i\, /2, '3) des
selbstgeführten Stromrichters (5) bezüglich der
jo Netzwechselspannung gering abweichend von dem Wert, der durch das zur Symmetrierung erforderliche
Strom-Gegensystem vorgegeben ist, so gesteuert ist, daß sich in der Drosselspule (23) der
konstante Gleichstrom (7,^ einstellt (F i g. 2).
9- Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem wechselspannungsseitigen
Ausgang des selbstgeführten Stromrichters (5) und dem Drehspannungsnetz (3) ein Transformator (6) angeordnet ist (F i g. 1 bis 3).
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als selbstgeführter
Stromrichter (5) ein Stromrichter mit Phasenfolgelöschung vorgesehen ist. bei dem sämtliche Ventile
(A 1 bis D 2) steuerbar ausgeführt sind (Fig. 3).
Priority Applications (6)
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