DE4025685A1 - Stromrichterschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromrichterschaltung, insbesondere für einen Hochleistungssender, wobei einer dreiphasigen, primärseitigen Wicklungsanordnung eines Transformators wenigstens zwei dreiphasige, sekundärseitige Wicklungsanordnungen zugeordnet sind und jeder sekundärseitigen Wicklungsanordnung ein Brückengleichrichter mit Siebglied nachgeschaltet ist und die Spannungen der beiden sekundärseitigen Wicklungsanordnungen gegeneinander phasenverschoben sind.

Eine derartige Stromrichterschaltung ist in der DE- PS 26 53 137 beschrieben. Dadurch, daß zwei sekundärseitige Wicklungsanordnungen vorgesehen sind, braucht jeder der beiden Brückengleichrichter und die betreffende sekundärseitige Wicklungsanordnung nur auf die halbe Spannung ausgelegt sein. Sollen beispielsweise die beiden Brückengleichrichter in Reihe eine Gleichspannung von etwa 30 kV an ein Sendebauteil liefern, dann genügt es, wenn jede der sekundärseitigen Wicklungsanordnungen, der jeweilige Brückengleichrichter und die zugehörigen Schaltelemente auf 15 kV ausgelegt sind.

Bei der DE-PS 26 53 137 ist die eine sekundärseitige Wicklungsanordnung im Stern und die andere sekundärseitige Wicklungsanordnung im Dreieck geschaltet. Daraus ergibt sich eine Phasenverschiebung von 30° zwischen den Ausgangsspannungen. Dieses System entspricht einem 12-pulsigen Stromrichtersystem. Dies setzt die Oberwellenbelastungen des Netzes durch die Stromrichterschaltung herab. Der Stromklirrfaktor ist verringert. Die Brummspannung ist vermindert, was sich auf den Störspannungsabstand des angeschlossenen Verbrauchers (Senders) günstig auswirkt. Es ist dort in Kauf genommen, daß die Dreieckschaltung keinen Sternpunkt aufweist, der sich zum Einbinden von Kapazitäten des Transformators in ein nachgeschaltetes Tiefpaßfilter eignet.

In der früheren Patentanmeldung P 38 22 957.9 ist ein Leistungsverstärker mit einem Transformator und einem Tiefpaßfilter beschrieben. Die an sich schädlichen Aufbaukapazitäten des Transformators werden zu Kapazitäten der Tiefpaßfilter. Dadurch wird die Verlustleistung reduziert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Oberwellenbelastung des Netzes gering ist und gleichzeitig an sich schädliche Kapazitäten des Transformators in Kapazitäten der Schaltung integriert werden.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Stromrichterschaltung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß beide sekundärseitigen Wicklungsanordnungen im Stern geschaltet sind und daß zur Phasenverschiebung die sekundärseitigen Wicklungen der einen und/oder der anderen sekundärseitigen Wicklungsanordnung teilweise jeweils an diejenige Primärwicklung der primärseitigen Wicklungsanordnung angekoppelt sind, die an sich der benachbarten sekundärseitigen Wicklung zugeordnet ist.

Da an beiden sekundärseitigen Wicklungsanordnungen die Sternpunkte zur Verfügung stehen, ist es möglich, zwischen diesen und dem Transformatoraufbau wirkende Kapazitäten, beispielsweise Schirmkapazitäten, Kondensatoren der Schaltung zuzuschalten. Damit werden die Auswirkungen der an sich störenden Transformatorkapazitäten weitgehend unterdrückt.

Die Phasenverschiebung zwischen den beiden sekundärseitigen Wicklungsanordnungen zur Reduzierung der Oberwellenbelastung des Netzes wird durch eine Phasenverschiebung der Spannungen der sekundärseitigen Wicklungen erreicht. Die Phasenverschiebung läßt sich so einstellen, daß sie praktisch zum gleichen, kleinen Stromklirrfaktor führt wie die bekannte Schaltung, bei der die eine sekundärseitige Wicklungsanordnung im Dreieck und die andere im Stern geschaltet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Stromrichterschaltung für einen Sender,

Fig. 2a deren eine sekundärseitige Wicklungsanordnung,

Fig. 2b das zugehörige Spannungsdiagramm,

Fig. 3a deren andere sekundärseitige Wicklungsanordnung,

Fig. 3b das zugehörige Spannungsdiagramm,

Fig. 4 eine weitere Ausführung der Stromrichterschaltung,

Fig. 5 eine Weiterbildung der primärseitigen Wicklungsanordnung,

Fig. 6a die primärseitige Wicklungsanordnung,

Fig. 6b das zugehörige Spannungsdiagramm,

Fig. 7a die primärseitige Wicklungsanordnung nach Fig. 6 mit vertauschten Phasen,

Fig. 7b die Schaltung nach Fig. 7a umgezeichnet und

Fig. 7c das zugehörige Spannungsdiagramm.

Nach Fig. 1 weist ein Transformator (1) eine dreiphasige, primärseitige Wicklungsanordnung (2) auf, die im Dreieck geschaltet ist. Sekundärseitig sind eine dreiphasige Wicklungsanordnung (3) und eine weitere dreiphasige Wicklungsanordnung (4) vorgesehen. Ein Eisenkern des Transformators (1) ist mit (5) und sein Schirm ist mit (6) bezeichnet.

Beide sekundärseitigen Wicklungsanordnungen (3, 4) sind im Stern geschaltet. Zwischen den Sternpunkten (7, 8) und dem geerdeten Schirm (6) wirksame Schirmkapazitäten des Transformators (1) sind (CT1 bis CT6). Außerdem bestehen Querkapazitäten (CQ1 bis CQ3).

Jeder sekundärseitigen Wicklungsanordnung (3 bzw. 4) ist ein Brückengleichrichter (9 bzw. 10) nachgeschaltet. An diesen ist ein Siebglied (11 bzw. 12) angeschlossen. Jedes Siebglied (11, 12) arbeitet mit Siebdrosseln (SL) und zwei in Reihe geschalteten Siebkondensatoren (SC1, SC2). Zwischen den Siebkondensatoren (SC1, SC2) des Siebgliedes (11) liegt der Sternpunkt (7). Zwischen den Siebdrosseln (SC1 und SC2) des Siebgliedes (12) liegt der Sternpunkt (8).

Den Siebgliedern (11, 12) ist jeweils ein elektronischer Schalter (13 bzw. 14) zur Pulsdauermodulation der Gleichspannung nachgeschaltet. Dem Schalter (13 bzw. 14) sind jeweils eine Freilaufdiode (15) und ein Tiefpaßfilter (16 bzw. 17) nachgeschaltet, das insbesondere einen Filterkondensator (FC) aufweist. Die Filterkondensation (FC) liegen in Reihe. Parallel zu ihnen liegt ein Verbraucher (18), insbesondere ein Hochleistungs- Sendebauteil.

Die beschriebene Stromrichterschaltung bildet damit einen Leistungsverstärker für das Sendebauteil (18) mit modularem Aufbau aus den gleichen Baugruppen (9, 11, 13, 16) einerseits und den Baugrupen (10, 12, 14, 17) andererseits. Jeder der Schalter (13, 14) braucht nur so ausgelegt zu sein, daß er die halbe Nennspannung des Sendebauteils (18) schaltet. Beträgt diese beispielsweise 30 kV, dann genügt eine Auslegung der Schalter (13, 14) auf 15 kV.

Dadurch, daß beide sekundäre Wicklungsanordnungen (3, 4) im Stern geschaltet sind und ihre Sternpunkte (7, 8) jeweils zwischen den Siebkondensatoren (SC1, SC2) liegen, ergeben sich folgende Vorteile:

Geht man davon aus, daß momentan am Sternpunkt (7) eine NF- Spannung liegt, jedoch am Sternpunkt (8) keine NF-Spannung liegt, dann liegen die Schirmkapazitäten (CT1 bzw. CT3) parallel zum Siebkondensator (SC2) des Siebgliedes (12). Dies ist nicht nachteilig, da die Schirmkapazitäten wesentlich kleiner sind als die Kapazität des Siebkondensators (SC2). Letztere beträgt einige Hundert myF, wogegen die Schirmkapazitäten bei einigen Hundert pF liegen. Die Schirmkapazitäten (CT1 bzw. CT3) stören somit Schaltvorgänge nicht.

Die Schirmkapazitäten (CT4 bis CT6) bzw. die Querkapazitäten (CQ1 bis CQ3) liegen über den Siebkondensator (SC2) des Siebgliedes (11) parallel zum Filterkondensator (FC) des Tiefpaßfilters (17). Sie sind dadurch in das Tiefpaßfilter (17) integriert.

Entsprechendes gilt in den anderen Betriebsfällen.

Die sekundärseitigen Wicklungsanordnungen (3, 4) sind in einer Schwenkzipfelschaltung angeordnet. Jede der drei Wicklungen (U1, V1, W1 bzw. U2, V2, W2) der beiden sekundärseitigen Wicklungsanordnungen (3, 4) weist eine Teilwicklung (U1′, V1′, W1′ bzw. U2′, V2′, W2′) auf, die nicht auf dem Eisenkern (5) der zugehörigen Wicklung (U1, V1, W1, U2, V2, W2), sondern auf dem Eisenkern einer benachbarten Wicklung angeordnet ist. Dies ist in Fig. 2a und Fig. 3a gezeigt. Die Teilwicklungen sind dabei jeweils an diejenige Primärwicklung der primärseitigen Wicklungsanordnung (2) angekoppelt, die an sich einer benachbarten sekundärseitigen Wicklung zugeordnet ist.

Nach Fig. 2a sitzt die Wicklung (U1′) auf dem Schenkel des Eisenkerns (5), auf dem die Wicklung (V1) angeordnet ist. Die Teilwicklung (V1′) ist auf dem gleichen Eisenkernschenkel angeordnet wie die Wicklung (W1). Die Teilwicklung (W1′) ist auf dem gleichen Eisenkernschenkel angeordnet wie die Wicklung (U1).

Fig. 2b zeigt das sich daraus ergebende Spannungsdiagramm. Die resultierenden Spannungen sind mit (a1, a2, a3) bezeichnet. Das Spannungsdiagramm zeigt eine Phasenverschiebung um den Winkel (c). Dieser beträgt bevorzugt +15°.

Nach Fig. 3a sitzt die Teilwicklung (U2′) der Wicklung (U2) auf dem Eisenkernschenkel der Wicklung (W2). Die Teilwicklung (V2′) sitzt auf dem Schenkel der Wicklung (U2). Die Teilwicklung (W2′) sitzt auf dem Schenkel der Wicklung (V2). Es ergeben sich dadurch die Spannungen (b1 bis b3). Das Spannungsdiagramm nach Fig. 3b zeigt, daß dadurch eine Phasenverschiebung um den Winkel (d) erfolgt. Dieser beträgt vorzugsweise -15°.

Insgesamt ergibt sich also daß die Ausgangsspannungen der sekundärseitigen Wicklungsanordnungen (3, 4) um 30° gegeneinander verschoben sind. Diese Phasenverschiebung entspricht im wesentlichen dem bekannten Fall, in dem für die eine sekundärseitige Wicklungsanordnung eine Dreieckschaltung und für die andere sekundärseitige Wicklungsanordnung eine Sternschaltung gewählt wird. Es hat sich gezeigt, daß die Wicklungsanordnungen nach Fig. 2a und Fig. 3a zu einem Stromklirrfaktor von 15% führen. Dieser Stromklirrfaktor ist wesentlich besser als der Klirrfaktor, der dann aufträte, wenn drei reine Sternschaltungen ohne Schwenkzipfelschaltung verwendet würden. Denn dieser Stromklirrfaktor würde 29% betragen. Im Hinblick auf die Oberwellenbelastung des primärseitigen Netzes entspricht die Schaltung also einem 12-pulsigen System.

Soll die Belastung jedes einzelnen elektronischen Schalters (13, 14) weiter reduziert werden, dann wird nach Fig. 4 jedem Siebglied (11 bzw. 12) jeweils ein weiterer pulsdauermodulierter elektronischer Schalter (19 bzw. 20) mit Freilaufdiode (15) nachgeschaltet. Jedem dieser Schalter wird dann ein eigenes Tiefpaßfilter (21, 22) zugeordnet. Alle vier Filterkondensatoren (FC) liegen dann in Reihe. Bei einer Nennspannung von 30 kV für das Sendebauteil (18) ergibt sich dann, daß jeder der elektronischen Schalter (13, 14, 19, 20) nur auf 7,5 kV ausgelegt werden muß. Im übrigen ist zu Fig. 4 auf die obigen Ausführungen zu verweisen.

In Fällen, in denen in der gleichen Station, also am gleichen Netz, mehr als ein Sendebauteil (18) betrieben werden, kann die oben für die Sekundärseite beschriebene Schwenkzipfelanordnung auch an den dann vorgesehenen zwei oder mehreren primärseitigen Wicklungsanordnungen (2) vorgesehen sein. Fig. 5 zeigt der Einfachheit halber nur die eine von zwei primärseitigen Wicklungsanordnungen (2). Jeder der primärseitigen Wicklungsanordnungen (2) sind zwei sekundärseitige Wicklungsanordnungen (3, 4) zugeordnet. Fig. 6a zeigt die eine primärseitige Wicklungsanordnung (2). Fig. 7a und Fig. 7b zeigen die andere primärseitige Wicklungsanordnung (23). Beide primärseitigen Wicklungsanordnungen (2, 23) sind aus baulichen Gründen gleich aufgebaut. Sie unterscheiden sich durch den Anschluß der Phasen (R, S, T). Sie sind im Dreieck geschaltet.

Nach Fig. 6a liegen an den Phasen (R, S, T) Teilwicklungen (Wz, Wx bzw. Wy), an deren Wicklungsenden die Spannungspunkte (R′, S′, T′) bestehen. Zwischen R′ und T′ liegt die Hauptwicklung (WH). Zwischen R′ und S′ liegt die Hauptwicklung (WL). Zwischen S′ und T′ liegt die Hauptwicklung (WM). Es ergibt sich dadurch eine Phasenverschiebung zwischen den resultierenden Phasenspannungen und den Spannungen der Hauptwicklungen um den Winkel (e), der vorzugsweise +7,5° beträgt.

Nach den Fig. 7a bzw. 7b liegen an den Phasen (R, S, T) Teilwicklungen (Wz, Wy, Wx). Die Hauptwicklungen (WH, WM, WL) liegen zwischen R′, S′ bzw. S′, T′ bzw. T′ und R′. Es ergibt sich danach entsprechend Fig. 7c ein Spannungsdiagramm, bei dem die resultierenden Spannungen zwischen den Phasen (R, S, T) und den Spannungen an den Hauptwicklungen um den Winkel (f) phasenverschoben sind. Dieser Winkel beträgt vorzugsweise -7,5°.

Durch die Phasenverschiebung zwischen den primärseitigen Wicklungsanordnungen (2, 23) um +7,5° und -7,5° ergibt sich eine Gesamtphasenverschiebung um 15°. Dadurch ist die Oberwellenbelastung des Netzes weiter reduziert. Sie entspricht einer 24-pulsigen Schaltung.

Bei den primärseitigen Wicklungsanordnungen nach den Fig. 5 bis 7 ist es nicht unbedingt erforderlich, die Teilwicklungen und die Hauptwicklungen je für sich aufzubauen. Es genügen Anzapfungen.

Bei anderen Ausführungsbeispielen können auch andere Phasenverschiebungen gewählt werden. Beispielsweise ist es möglich, eine Gesamtphasenverschiebung um 30° auch durch Phasenverschiebungen um 22,5° und 7,5° zu erreichen.

Claims (5)

1. Stromrichterschaltung, insbesondere für einen Hochleistungssender, wobei einer dreiphasigen, primärseitigen Wicklungsanordnung eines Transformators wenigstens zwei dreiphasige, sekundärseitige Wicklungsanordnungen zugeordnet sind und jeder sekundärseitigen Wicklungsanordnung ein Brückengleichrichter mit Siebglied nachgeschaltet ist und die Spannungen der beiden sekundärseitigen Wicklungsanordnungen gegeneinander phasenverschoben sind, dadurch gekennzeichnet, daß beide sekundärseitige Wicklungsanordnungen (3, 4) im Stern geschaltet sind und daß zur Phasenverschiebung die sekundärseitigen Wicklungen (U1, V1, W1, U2, V2, W2) der einen und/oder der anderen Wicklungsanordnung (3, 4) teilweise jeweils an diejenige Primärwicklung der primärseitigen Wicklungsanordnung (2) angekoppelt sind, die an sich der benachbarten sekundärseitigen Wicklung zugeordnet ist.

2. Stromrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sternpunkte (7, 8) der sekundärseitigen Wicklungsanordnungen (3, 4) zwischen zwei in Reihe geschalteten Siebkondensatoren (SC1, SC2) des dem Brückengleichrichter (9 bzw. 10) jeweils nachgeschalteten Siebgliedes (11 bzw. 12) gelegt sind.

3. Stromrichterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Siebkondensator (SC2) des Siebgliedes (11) über einen Filterkondensator (FC) eines Tiefpaßfilters (17) an Masse liegt.

4. Stromrichterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der einen sekundärseitigen Wicklungsanordnung (3) um +15° und die Ausgangsspannung der anderen sekundärseitigen Wicklungsanordnung (4) um -15° phasenverschoben sind.

5. Stromrichterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei primärseitige Wicklungsanordnungen (2, 23) vorgesehen sind, die gegeneinander phasenverschoben sind.