DE1051379B - Anordnung zur Begrenzung der Kreisstroeme in Umrichtern - Google Patents

Description

Bei allen Umrichtern, die in dar Lage sind, B>lindleistung zu übertragen, müssen alls Gleichrichter und als Wechselrichter ausgesteuerte Stromrichter zusammenarbeiten, weil die Blindleisttungsübertragung bedingt, daß der Belastungsstrom zeitweilig entgegen dar treibendien Spannung gerichtet ist.

Da beim Wechselricihterbetrieb eines Stromrichters die Zündung einer jeden Anode stets zu einem Zeitpunkt erfolgen muß, in dem ihr Potential noch etwas höher ist als das Potential derjenigen Anode, deren Strom sie übernehmen muß, so muß zur Vermeidung von Ausgleichsgleidhströmen die Zündung der Anoden des im gleichen Stromkreis liegenden, ails Gleichrichter arbeitenden Stromrichters entsprechend verzögert werden.

Bei richtiger Einstellung dar Zündwinkel erreicht man, daß dlie Spannungsmittelwerte von Gleich- und Wechselrichter übereinstimmen,. Die Kurvenform von Gleich- und Wechselrichter ist dabei jedoch verschieden, so daß es Zeitabschnitte gibt, in denen die Gleichrichtarspannung größer ist alis die Wechselrichterspannung.

Da bei dien in Rede stehendien Umrichteranordnungen die beiden Stromrichter einen in sich geschlossenen Stromkreis bilden, hat diieser Spannungsüberschuß stets einen Stromimpuls zur Folge, der erhebliche Stärke annehmen würde, wenn er nicht durch geeignete Maßnahmen begrenzt würde.

Um diese Stromimpulse, die im folgenden in üblicher Weise als Kreisströme bezeichnet werden, mögliehst klein zu halten, werden in den fraglichen Stromkreis Drosselspulen eingeschaltet. Dabei ist es aber unvermeidlich, daß diese Drosselspulen zeitweilig, d. h. je nach der Richtung des Belastungsstromes die eine oder die andere, auch vom Belastungsstrom der Stromrichter durchflossen werden.

Bei Verwendung der Stromrichter als Umrichter (Frequenzwandler) entstehen durch diese Drosselspulen unerwünschte Spannungsabfälle im Belastungskreis. Außerdem bedeuten diese Drosselspulen eine zusätzliche Blindllast für die speisende Wechselstrombzw. Drehstromquelle. Die Drosselspulen können deshalb nicht beliebig groß und damit die Kreisströme nicht beliebig klein gemacht werden.

Ähnlich liegen die Verhältnisse bei in Kreuzschaltung betriebenen Stromrichtern, die zur Erzeugung von Gleichstrom wechselnder Richtung verwendet werden. Hier steht einer beliebigen Vergrößerung der üblicherweise mit Luftspalt versehenen Drosselspule die Behinderung einer schnellen Änderung des Gleichstromes entgegen.

Drosselspulen mit luftspaltlosem Kern hätten im übrigen in beiden Fällen den Nachteil, daß bei der hier in Frage kommenden einseitigen Magnetisierung Anordnung zur Begrenzung
der Kreisströme in Umrichtern

Anmelder:
Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft, Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22

Dipl.-Ing. Manfred Depenbrock, Mannheim-Almenhof, ist als Erfinder genannt worden

der remanente Magnetfluß die Wirksamkeit der Drosseln sehr beeinträchtigt würde.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Begrenzung von Kreisströmen zwischen als Gleichrichter und als Wechselrichter ausgesteuerten Stromrichtern durch mindestens zwei Drosselspulen., die so in den Kreisstromkreis eingeschaltet sind, daß je nach der Richtung des Belastungsstromes der Stromrichter nur die eine oder die andere Drosselspule vom Belastungsstrom durchflossen wird. Um eine möglichst wirkungsvolle Drosselung der Kreisströme bei kleiner Drosselwirkung in bezug auf den Belastungsstrom der Stromrichter zu erreichen, werden nach der Erfindung die vorzugsweise mit luftspaltlosem Eisenkern versehenen Drosselspulen entgegen der durch die Belastungsströme bewirkten .Magnetisierung durch Gleichstrom so vormagnetisiert, daß sich ihre Kerne bei fehlendem Belastungsstrom in der Nähe der magnetischen Sättigung befinden.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt, an denen die Erfindung näher erläutert werden soll.

In Fig. 1 speist ein Transformator 1 die beiden Stromrichter 2 und 3, die in bekannter Weise in Kreuzschaltung miteinander verbunden sind. Die beiden Stromrichter können z. B. bei entsprechender Steuerung einen sogenannten Trapezkurvenumrichter bilden, der einen Wechselstrom niedrigerer Frequenz für einen am Netz 4 angeschlossenen Verbraucher liefert. Die beiden Stromrichter können aber auch einen Gleichstrom wechselnder Richtung für einen entsprechenden Stromverbraucher, etwa die Felderregung eines Reversiermotors, liefern.

Durch die mit J_l bezeichneten Pfeile ist in einem bestimmten Betriebszustand der Belastungsstrom dar Anlage bezeichnet, während die Kreisströme durch gestrichelte Pfeile angedeutet sind.

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Claims (3)

In den Stromkreis der Kreisströme sind zur Begrenzung derselben Drosselspulen mit den Hauptstromwicklungen 5 und 6 eingeschaltet. Wie ersichtlich, wird stets eine dieser Drosselspulen vom Belastungsstrom durchflossen. Die Drosselspulen enthalten außer den Hauptstromwicklungen 5 und 6 noch die Vormagnetisierungswicklungen 5 a und 6 a, die bei 7 über eine nicht dargestellte Glättungsdrosselspule an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, und zwar so, daß der Vormagnetisierungsstrom Jv der jeweiligen Magnetisierung durch die Belastungsströme entgegenwirkt. Der Vormagnetisierungsstrom Tv ist auf eine solche Stärke eingestellt, daß sich die Kerne der Drosselspule bei fehlendem Belastungsstrom etwa in dar Nähe der magnetischen Sättigung befinden. In der Fig. 2 ist der Magnetfluß einer luftspaltlosen Drosselspule in Abhängigkeit von der magnetisierenden Durchflutung dargestellt. Der Punkt a bezeichnet darin etwa den durch die Vormagnetisierung bedingten magnetischen Zustand. Der kurzzeitige Spannungsübarschuß des als Gleichrichter gegenüber dem als Wechselrichter arbeitenden Stromrichters kann nur sehr kleine Stromimpulse (Kreisströme) zur Folge haben, da schon ein sehr kleiner, dem Varmagnetisiarungsstrom entgegen wirkender Strom eine sehr starke Änderung des Magnetflusses der betreffenden Drosselspule und damit eine kräftige Gegenspannung zur Folge hat. Eine entsprechende Gegenspannung tritt in den Drosselspulen auch beim Einsetzen eines Belastungsstromes auf. Da jedoch hierbei die treibende Spannung sehr viel größer ist, so wird die Drosselspule sehr schnell in entgegengesetzter Richtung in magnetische Sättigung gebracht, womit dann ihre Gegenspannung nahezu vollständig verschwindet. Der magnetische Zustand entspricht dabei etwa dem Punkt b in Fig. 2. Der Einsatz des Belastungsstromes wird durch die Drosselspule nur geringfügig verzögert. Da — wie gesagt — jeweils immer nur die eine der beiden Drosselspulen vom Belastungsstrom durchflossen ist und sich dadurch in magnetischer Sättigung befindet, so ist stets die andere in der Lage, die Kreisströme in der beschriebenen Weise zu begrenzen. Um die Einwirkung der Drosselspulen auf den Belastungsstrom möglichst klein zu halten, werden die Drosselspulen zweckmäßig so bemessen, daß das durch den Unterschied zwischen positiver und negativer Sättigung bedingte Spannungszeitintegral nicht oder nur wenig größer ist als das Zeitintegral des Spannungsüberschusses der Gleichrichterspannung gegenüber der Wechselrichterspannung. Um eine möglichst wirksame Begrenzung der Kreisströme zu erreichen, empfiehlt es sieh, für die Drosse1I-spulenkerne ein Material mit hoher Anfangspermeabilität und ausgeprägtem Knick in der Magnetisierungskennäinie zu verwenden. In der Fig. 3 ist ein Anwendungsbeispiel der Erfindung bei einem Ümrichter dargestellt, bei dem die Stromrichter aus einanodigen, in Brückenschaltung angeordneten gesteuerten Entladungsgefäßen 8, 9, 10 und 11 bestehen. Zur Begrenzung des Kreisstromes sind hier vier magnetisch nicht miteinander gekoppelte Kreisstromdrosselspulen 12, 13, 14 und 15 mit ihren Vormagnetisierungswicklungen 12 a, 13 a, 14 a und 15 a angeordnet. Die Kreissitröme durehfliessen je zwei Drosselspulen 12 und 13 oder 14 und 15, von denen immer eine durch- den Laststrom in gesättigtem Zustand ist. Ähnliche Anordnungen wie in den behandelten Beispielen ergeben sich auch bei anderen Umrichtern, z. B. sogenannten Hüllkurvenumrichtern. Patentansprüche:

1. Anordnung zur Begrenzung von Kreisströmen zwischen als Gleichrichter und' als Wechselrichter ausgesteuerten Stromrichtern durch mindestens zwei Drosselspulen, die so in den Kreisstromkreiis eingeschaltet sind, daß je nach der Richtung des Belastungsstromes der Stromrichter nur die eine ■oder die andere Drosselspule vom Belastungsstrom durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise mit IuftspaMosem Eisenkern versehenen Drosselspulen entgegen der durch die Belastungsströme bewirkten Magnetisierung so durch Gleichstrom vormagnetisiert sind, daß sich ihre Kerne bei fehlendem Belastungsstrom in der Nähe der magnetischen Sättigung befinden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der Drosselspulen, daß das durch den Unterschied zwischen positiver und negativer Sättigung bedingte Spannungszeitintegral nicht oder nur wenig größer ist als das Zaitintegral des kurzzeitigen Spannungsüberschuisses der Gleichrichterspannung über die Wechsel ri chtersp annung.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne der Drosselspulen aus einem Material mit hoher Anfangspermeabilität und ausgeprägtem Knick in der Magnetisierungskennlinie bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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