DE1763150A1

DE1763150A1 - Wechselrichter mit spannungsstabilisierendem Organ

Info

Publication number: DE1763150A1
Application number: DE19681763150
Authority: DE
Inventors: Owe Backman; Marius Widakowich
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1967-04-18
Filing date: 1968-04-10
Publication date: 1972-02-17
Also published as: SE337419B; US3522517A; GB1213561A; NO119646B

Description

Wechselrichter mit spaiinungsstabilisierendem

Organ

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Umformen einer Gleichspannung in eine Wechselspannung, und zwar eine An- ■ Ordnung mit einem Wechselrichter und einem Organ zum Konstantharten der Wechselspannung unabhängig von Variationen der Gleichspannung. Das spannungsstabilsierende Organ umfaßt einen vom Wechselrichter gespeisten Transformator, zwischen dessen Primär- und Sekundärwicklung ein Streufeldweg angeordnet ist, und einen in einem Parallelkreis zur Sekundärwicklung liegenden Kondensator. Die spannungsstabüMsierende Wirkung wird dadurch erreicht, daß die Sekundärwicklung des Transformators und der mit dieser parallelgeschaltete Kondensator so einander angepaßt sind, daß sie bei Nennspannung und ETennfrequenz einen Terroresonanzkreis bilden. Aufgrund des zwischen der Primär- und Sekundärwicklung angeordneten Streufeldweges werden dabei die Verhältnisse auf der Sekundä-rseite nur in geringem Grade von der Größe der Primärspannung beeinflußt, sobald eine Resonanzschwingung entstanden ist·

7 § 1 Ab». 2 Nr, 1 Sau ^ des Änderunssfle». v. 4.9.1967)

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Die Verwendung eines spannungsregelnden Transformators der genannten Art in Verbindung mit einem Wechselrichter bringt besondere Probleme hinsichtlich der Kommutierung des Wechselrichters. Da der Eisenkern eines solchen Transformators stark gesättigt ist, nimmt der Primärstrom besonders schnell gegen Ende jeder Spannungshalbwelle zu und erreicht einen sehr hohen Wert, wenn die Kommutierung stattfinden soll. Die Stromspitzen werden besonders groß, wenn die Anordnung an der oberen Grenze des Grleichspannungsbereiches arbeitet, und der Strom steigt noch mehr bei induktiver Last, da der Belastungsstrom und der Magnet!sierungsstrom dann ungefähr dieselbe Phasenlage haben. Dieser Umstand wirkt ungünstig auf die Dimensionierung der Kommutierungskreise des Wechselrichters ein. Die zu diesen Kreisen gehörenden Komponenten müssen nämlich für den höchsten momentanen Strom bemessen werden, der entstehen kann, und sie werden dadurch groß und kostspielig im Verhältnis zum liennstrom der Anordnung.

Bach der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß eine ungesättigte Drossel zwischen dem Wechselrichter und der Primärwicklung des Transformators eingeschaltet wird. In der Mitte jeder Spannungshalbwelle, wenn der Primärstrom einen niedrigen Momentanwert hat, wird die Reaktanz des Transformators bedeutend größer als die der Drossel, wodurch die Drossel dann fast ganz unwirksam ist. Qegen Ende der Halbwelle dagegen, wenn der Transformatorkern gesättigt ist, tritt die Dossel stark in Erscheinung mit dem Resultat, daß der Strom, der kommutiert

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werden muß, innerhalb mäßiger Grenzen gehalten wird. Die Größe der zu den Kommutierungskreisen des Stromrichters gehörenden Komponenten kann dadurch wesentlich vermindert werden, was wiederum eine bedeutende Reduzierung der Dimensionen und der Kosten der Anordnung mit sich bringt. Bei höherer Primärspannung setzt die strombegrenzende Wirkung der Drossel in einem früheren Stadium der Halbwelle ein, was auch eine Verbesserung der Regelung zur Folge hat. Die Drossel hat außerdem eine günstige Einwirkung auf die Kurvenform der Sekundärspannung. Dies beruht darauf, daß die spannungsaufnehmende 'Wirkung der Drossel am Anfang und Ende jeder Halbperiode am stärksten hervortritt, weil die Größe und Ableitungen des Primärstromes dann am größten sind. Die Drossel bewirkt dadurch, daß die Kurvenform für die Spannung, die der Primärseite des Transformators zugeführt wird, nicht rechteckig wird, sondern abgerundete Kanten erhält.

Ein Transformator der in diesem Zusammenhang interessierenden Art hat gewöhnlich eine mit der Primärwicklung magnetisch fest gekoppelte sogenannte Rückkopplungs- oder Kompensationswicklung, die der Sekundärwicklung gegengeschaltet ist, wodurch eine weitere Verbesserung der Spannungsstabilisierung erreicht wird. Dfee Anordnung verursacht jedoch eine erhöhte Verzerrung der Sekundärspannung· Die Spannungskurvenform der Rückkopplungswicklung ist nämlich identisch mit der dem Transformator zugeführten, fast ganz rechteckigen Primärspannung« Die Spannung setzt sich dadurch aus der im wesentlichen sinusförmigen Spannung der Sekundär-

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wicklung und der rechteckigen Spannung der Rückkopplungswicklung zusammen. Die letztgenannte Spannung ist zwar verhältnismäßig klein, aber sie verursacht trotzdem eine Verzerrung der Kurvenform der Ausgangsspannung, was in gewissen Fällen unbefriedigend ist. Hach einer weiteren Ausführung der Erfindung wird parallel zur Rückkopplungswicklung ein mit der Grundfrequenz der Wechselspannung abgestimmter Parallelresonanzkreis angeordnet. Dieser Kreis hat eine hohe Reaktanz bei der G-rundfrequenz

P der Spannung, während seine" Reaktanz bei den Oberwellenfrequenzen verhältnismäßig klein ist. Die Rückkopplungswicklung wird demnach durch den Pa?alle!resonanzkreis mit Oberwellenströmen belastet, für welche die auf der Primärseite des Transformators angeordnete ungesättigte Reihendrossel als Spannungsaufnehmendes Element dient. Die Kurvenform der der Primärseite des Transformators zugeführten Spannung wird dadurch verbessert. Dank dem Zusammenwirken der ungesättigten Drossel mit dem Parallelresonanzkreis kann man in dieser Weise eine wesentliche Verminderung der

k totalen Verzerrung erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 der Zeichnung ist ein Prinzipschema eines erfindungsgemäßen Wechselrichters und Fig. zeigt im Schnitt einen zur Anordnung nach Fig. 1 gehörenden Transformator.

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Die in Fig. 1 gezeigte Wechselrichteranordnung enthält einen Halbleiterwechselrichter 1, der von einer "Batterie gespeist wird, deren Spannung innerhalb gewisser Grenzen variieren kann. Die Wechselspannung wird dagegen mit Hilfe eines an sich bekannten Spannungsstabilisierenden Transformators annähernd konstant gehalten, dessen Ausführung näher aus Fig. 2 hervorgeht. Der Kern des Transformators ist im Prinzip in derselben Weise wie ein üblicher Manteltransformatorkern mittels E- und I-förmiger Blechelemente aufgebaut. Die Primärwicklung 3 und Sekundärwicklung 5 des Transformators befinden sich auf dem Mittelschenkel 15 des Transformators, und zwischen den beiden Widdungen sind querliegende Jochteile 11 und 12 mit Luftspalten 13 und 14 angeordnet, die Streuflußwege bilden. Die in Reihe mit der Sekundärwicklung 5 geschaltete Rückkopplungswicklung '8 ist um die Primärwicklung 3 gewickelt, so daß sie von demselben Fluß wie die Primärwicklung durchflossen wird.

Die vom Wechselrichter 1 erzeugte, im Prinzip rechteckige Spannung wird der Primärwicklung 3 des Transformators über eine ungesättigte Drossel 4 zugeführt. Die Sekundärwicklung 5 des Transformators ist mit einem Kreis parallelgeschaltet, der aus einem in Reihe mit einer Drossel 7 geschalteten Kondensator 6 besteht. Der Kondensator 6 ist der Reaktanz der Sekundärwicklung 5 angepaßt, so daß bei Nennspannung und Hennfrequenz die Bedingungen für Ferroresonanz in dem Kreise erfüllt sind, zu dem

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sie gehören.

Um die Kurvenform der Spannung der Rückkopplungswicklung zu verbessern, die normalerweise fast ganz rechteckig ist, ist parallel zur Rückkopplungswicklung 8 ein Parallelrescranzkreis geschaltet, der aus einem Kondensator 9 und einer Drossel 10 "besteht.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte AusführungsMspiel begrenzt, sondern kann im Rahmen der Patentansprüche variiert werden.

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Claims

Patentansprüche:

1. Wechselrichter mit spaimungsstabilisierendem Organ, "bestehend aus einem vom Wechselstrom gespeisten Transformator mit einem zwischen seiner Primär- und Sekundärwicklung angeordneten Streuweg und aus einem in einem Parallelkreis zur Sekundärwicklung angeordneten Kondensator, der der Sekundärwicklung so angepaßt ist, daß "bei Heizspannung und Nennfrequenz in dem vom Kondensator und der Sekundärwicklung gebildeten Kreis eine Ferroresonanzschwingung entsteht, die eine Stabilisierung der Sekundärspannung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wechselrichter (t) und der Primärwicklung (3) des Transformators (2) eine ungesättigte Reihendrossel (4) eingeschaltet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Sekundärwicklung des Transformators mit einer an die Primärwicklung magnetisch fest gekoppelten Rückkopplungswicklung reihengeschaltet ist, dadurch f gekennzeichnet, daß parallel zur Rückkopplungswicklung (8) ein nach der Grundfrequenz der Wechselspannung abgestimmter Resonanzkreis (9, 10) eingeschaltet ist.

Unterlagen (Al. 7 § 1 Ab*. 2 Nr. 1 Satz 3 des Änderungsge%v. 4.9.19671

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