SE443067B - Kopplingsanordning for omformning av en vexelspenning - Google Patents

Description

7901366-0 2 den med en sekundärlindning hos denna transformator samt att ett kondensatorbatteri är anslutet till transformatorns primärlind- ning. om en växelspännings-.resp- trefasströmsförbrukare skall matas är den förbunden med transformatorns sekundärlindning via en icke styrd likriktare och en självstyrd växelriktare.

Alternativt härtill är växelspännings- resp. trefasströms- förbrukaren förbunden med transformatorns sekundärlindning via en utifrån styrd direktomriktare.

En fördelaktig utföringsform av uppfinningen kännetecknas därav, att en seriesvängningskrets bestående av en drossel och en kondensator i form av en energilagrare är anordnad mellan den självstyrande eller utifrån styrda strömriktarens klämmor på likspänningssidan.

Alternativt härtill är transformatorn förbunden med'en direktomriktare, på vars utgångssida en kondensator anligger.

Den självstyrande eller utifrån styrda strömriktaren styres därvid så, att både den på likspänningssidan anliggande spännin- gen och den på transformatorn primärt tillförda spänningen upp- visar i huvudsak konstant amplitud och frekvens, varvid värdet av spänningen på likspänningssidan ungefär blir lika med halva spänningstoppvärdet för växelspänningskällan.

Den utifrån styrda strömriktaren styres med fördel på_fiet sätt, att summan av spänníngarna av den självstyrda eller-uti- från styrda strömriktaren och den utifrån styrda strömriktaren på líkspänningssidan blir lika med spänningen av den icke styrda likriktaren på likspänningssidan.

Kondensatorbatteriet är lämpligen så dimensionerat, att det totala maximala reaktiva effektbehovet hos transformatorn och den därtill anslutna strömriktaren kan alstras.

Inställningen av det av driftstillståndet beroende reaktiva effektbehovet hos transformatorn samt den därtill anslutna strömriktaren sker medelst styrning av den självstyrande eller utifrån styrda strömriktaren.

De med uppfinningen uppnådda fördelarna består speciellt däri, att genom användning av ett bordnät med högre frekvens för motorfordon, de för potentialseparering och spänningsanpassning tjänande transformatorerna arbetar med den högre frekvensen för 7901366-0 3 bordnätet och att sålunda vikt, utrymmesbehov och kostnader för dessa transformatorer väsentligt minskas. Genom användningen enligt uppfinningen av den självstyrda eller utifrån styrda strömriktaren, som är känd exempelvis genom K. Heumann, Grund- lagen der Leistungselektronik, Teubner, Stuttgart, 1975, sidan 167, bild ll.7a, är totalkostnaden för kopplingsanordningen ringa. Det är vidare på fördelaktigt sätt möjligt att inställa reaktiv ström och aktiv ström oberoende av varandra.

Utföringsexempel av uppfinningen beskrivs nedan under hän- visning till de bifogade ritningarna, på vilka fig. l visar en kopplingsanordning enligt uppfinningen.för omformning av en växelspänning, fig. 2 visar en kopplingsanordning enligt uppfinningen med alternativ matning av förbrukaren, fig. 3 visar en kopplingsanordning enligt uppfinningen med alternativ koppling av transformatorn, och fig. 4 visar det tidsberoende förloppet av den på den icke styrda likriktaren, strömriktaren för reaktiv effekt och den utifrån styrda strömriktaren anliggande spänningen.

I fig.l visas en kopplingsanordning enligt uppfinningen för omformning av en växelspänning i en potentialseparerad godtycklig annan spänning. En växelspänningskälla l, här en- fasig, är förbunden med en icke styrd likriktare 3 över en ur- kopplingsdrossel 2. _' En av denna likriktares 3 likspänningsklämmor är tillförd en självstyrd eller utifrån styrd strömriktare 4, i det följande benämnd strömriktaren 4 för reaktiv effekt, där andra likspän- ningsklämman är tillförd en utifrån styrd strömriktare 5.

De andra likspänningsingångarna på strömriktaren 4 för reaktiv effekt och den utifrån styrda strömriktaren 5 är direkt förbundna.

Likspänningsingångarna på strömriktaren 4 för reaktiv effekt är kopplade med energilagrare, bestående av en serie- svängningskrets 6 (en drossel 7 med en kondensator 8) samt en kondensator 9.

På växelspänningssidan resp. trefasströmssidan ligger strömriktaren 4 för reaktiv effekt resp. den utifrån styrda strömriktaren 5 på en transformators 12 primärlindningar 10 7901366-0 4 resp. ll. På den utifrån styrda strömriktarens 5 växelspännings- utgång ligger vidare ett kondensatorbatteri 13.

En sekundärlindning 14 på transformatorn 12 är tillförd en icke styrd likriktare 15, som på likspänningssidan är förbunden med en självstyrd växelriktare 16. Mellan växelspänningspolerna på den icke styrda likriktaren 15 och den självstyrda växelrikta- ren 16 är en kondensator 17 anordnad. På växelspänningsutgången av växelriktaren.16 ligger slutligen en växelspännings- resp. trefasströmsförbrukare 18, exempelvis en trefasmotor.

I fig. 2 visas en härtill alternativ kopplingsanordning en- ligt uppfinningen. Sekundärlindningen 14 på transformatorn 12 är därvid förbunden med en utifrån styrd direktomriktare 19, 20, som på utgångssidan är förbunden med förbrukaren 18. Anordningen som består av den icke styrda likriktaren 15, den självstyrda växelriktaren 16 och kondensatorn 17 bortfaller därvid, medan anordningen mellan växelspänningskällan 1 och primärlindningarna 10, 11 på transformatorn 12 förblir oförändrad.

Fig. 3 visar en kopplingsanordning enligt uppfinningen med alternativ koppling av transformatorn 12. Den i fig.1 visade tredje svängningskretsen 6 bortfaller härvid. I stället är transformatorn 12 förbunden med en direktomriktare 21, 22, som på utgångssidan är kopplad till en kondensator 23. Direktomrik- taren 21, 22 kan därvid valfritt vara tillförd en av de~1re lindningarna 10, ll, 14 på transformatorn 12 eller en fjärde lindning. Den återstående delen av kopplingen enligt fig. 1 resp. 2 förblir oförändrad.

Det mellan likspänningsklämmorna på den icke styrda likrik- taren 3 liggande absolutvärdet av spänningen är betecknat med |UNl, den på kondensatorn 9 liggande spänningen är betecknad med U och den på likspänningssidan av den utifrån styrda strömrik- B taren 5 liggande spänningen är betcknad med UH- I det följande beskrivs funktionssättet för anordningen enligt fig. 1, 2 och 3.

Vid den eftersträvade driften med sinusformig ingångsström, som är i fas med spänningen, består effekten från växelspän- ningskällan 1, exempelvis ett nät, av två komponenter. Den första andelen är konstant i tiden och har samma storlek som den aktiva effekten.Den andra andelen är en effektsvängning, vars 7901366-0 5 frekvens är lika med dubbla nätfrekvensen och vars amplitud är lika med storleken av den första andelen.

Nätström och nätspänning likriktas till att börja med genom den icke styrda likriktaren 3. Urkopplingsdrosseln 2 tjänar därvid till begränsning av översvängningsströmmar, vilka uppkom- mer genom momentana skillnader mellan spänningen på växelspän- ningskällan l, dvs. näten, och spänningen på växelspänningsin- gången till den icke styrda likriktaren 3.

Den likriktade nätströmmen flyter därefter först över pa- rallellkopplingen bestående av seriesvängningskretsen 6 (enligt fig. 1) och likspänningssidan av strömriktaren 4 för reaktív effekt. Den svängande delen av näteffekten upptages så direkt utan mellankoppling av strömriktare av seriesvängningskretsen 6, som uppvisar en drossel 7 och en kondensator 8, varvid resonans- frekvensen för seriesvängningskretsen skall avstämmas till dubb- la nätfrekvensen.

Den konstanta andelen av näteffekten överföres av ström- riktaren 4 för reaktiv effekt och av den utifrån styrda ström- riktaren 5 gemensamt på det högfrekventa bordnätet för motorfor- donet via transformatorns 12 primärlindningar 10 och ll. Trans- formatorn tjänar därvid till potentialseparering och spännings- anpassning.

Kondensatorbatteriet 13 har tillsammans med strömriktaren 4 för reaktiv effekt den funktionen att alstra den högfrekventa bordnätspänningen och den av de till transformatorn 12 anslutna strömriktarna utnyttjande reaktiva effekten.

Kombinationen av kondensatorbatteriet 13 och strömriktaren 4 för reaktiv effekt måste väljas så, att det totala reaktiva effektsbehovet hos transformatorn 12 och den med bordnätet med högre frekvens förbundna strömriktaren alstras.

Huvudförbrukaren 18 i motorfordonet, körmotorerna, utnytt- jar i huvudsak en i tiden konstant effekt. Den självstyrda växelriktaren 14 överför av denna anledning endast den i tiden konstanta delen av näteffekten från likspänningsmellankretsen till körmotorerna (fig. 1).

Kondensatorn 17 avger kommuteringsspänningen för växelrik- taren 16 och upptar växelandelarna med högre frekvens från strömmen på likströmssidan av denna strömriktare. Den senare 7901566-0 6 funktionen har även kondensatorn 9 i strömriktaren 4.

Förutom det i fig. l visade exemplet, i vilket förbrukaren 18 matas över transformatorns 12 sekundärlindning 14 och den icke styrda likriktaren 15 från en likspänningsmellankrets och den självstyrda växelriktaren 16, föreslås ett tillkommande alternativt kopplingsexempel enligt fig. 2. I detta fall alstras den av trefasströmsystemet erfordrade frekvensen medelst den ut- ifrån styrda direktomvandlaren 19, 20. g Ytterligare en kopplingsanordning med alternativ koppling av transformatorn l2 visas i fig. 3. Alternativt till seriekopp- lingen 6 mellan klämmorna på likströmssidan av den självstyrda eller utifrån styrda strömriktaren 4 kan en kondensator 23 via en direktomriktare 21, 22 läggas på transformatorn 12. Direktom- riktaren 21, 22 styres så, att kondensatorn 23 upptager mätef- fektens växelandel. Denna anordning kan erbjuda kostnadsmässiga fördelar och undvika nackdelar i den frisvängande seriesväng- níngskretsen 6, exempelvis vid nätfrekvenssvängningar och be- lastningsstötar.

I fig. 4 visas hur den likriktade nätspänningen lUN| uppde- las på seriekopplingen av strömriktarna 4 och 5. Strömriktaren för reaktiv effekt är enligt uppfinningen så vald, att dess på likströmssidan väsentligen tidskonstanta spänning UB ungefär är lika med halva toppvärdet av mätspänningen. Spänningen UH av den utifrån styrda strömriktaren 5 ändrar sig då inom varje halv- period mellan ett positivt högsta värde i nätspänningens topp- värde IUNI och ett negativt högsta värde med samma belopp i nät- spänningens lUNí nollgenomgång, dvs. den utifrån styrda ström- riktaren 5 arbetar under varje halvperiod delvis i växelriktar- drift, delvis i likriktardrift. Vid strömriktaren 4 för reaktiv effekt överföres däremot endast energi i riktning mot bordnätet med högre frekvens.

Den högsta effekt som skall överföras av strömriktaren 4 för reaktiv effekt uppgår av denna anledning endast till ca. 60% av den största totaleffekt som skall överföras, eftersom den svängande andelen av effekten ej behöver överföras. Strömrikta- ren 5 behöver på fördelaktigt sätt endast ungefär dimensioneras för halva toppvärdet för nätspänningen och för toppvärdet för nätströmmen. Den icke styrda likriktaren 3 skall dimensioneras 7901366-0 7 för toppvärdet av spänning och ström.

Konstruktionen av en utifrån styrd strömriktare 5 är känd, exempelvis genom K. Heumann, Grundlagen der Leistungselektronik, Teubner, Stuttgart, 1975, sidan 76 ff. Konstruktionen av en självstyrd växelriktare 16 är känd exempelvis genom sidan 131 ff i samma bok och konstruktionen av en utifrån styrd direktomrik- tare 19, 20 är känd exempelvis genom sidan 107 ff i samma bok.

Claims (9)

79_Cl1366-0 8 PATENTKRAV

1. Kopplingsanordning för omformning av en växelspänning i en potentialseparerad växelspänníng med annan frekvens, i ett _växelströmssystem med annan frekvens och fastal eller i en lik- spänning, i samtliga fall medelst en transformator, på vars pri- mär- samt sekundärsida strömriktare anligger, k ä n n e t e c k- n a d av att en växelspänningskälla (1) är förbunden med en icke styrd likriktare (3), att denna likriktare (3) med sin ena likspänningsklämma anligger mot en självstyrd eller utifrån styrd strömriktare (4) och med sin andra likspänningsklämma an- ligger mot en utifrån styrd strömriktare (5), varvid den själv- styrda eller utifrån styrda strömriktaren(4) och den utifrån styrda strömriktaren (5) är förbundna på likspänningssidan och varvid en kondensator (9) är anordnad mellan den självstyrda eller utifrån styrda strömriktarens (4) klämmor på likspännings- sidan, att den självstyrda eller utifrån styrda strömriktaren (4) och den utifrån styrda strömriktaren (5) på växelspännings- sidan resp. trefasströmsidan anligger mot transformatorns (12) primärlindningar (10, ll), att en till försörjning av förbrukar- na (18) tjänande strömriktare är förbunden med en sekundärlind- ning (14) på denna transformator (12), och att ett kondensator- batteri (13) är anslutet till transformatorns (12) primärlind- ning (ll).

2. Kopplingsanordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den till försörjning av förbrukarna (18) tjänande strömriktaren består av en med sekundärlindningen (14) av trans- formatorn (12) förbunden, icke styrd likriktare (15) och en där- efter kopplad självstyrd växelriktare (16).

3. Kopplingsanordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den till försörjning av förbrukarna (18) tjänande strömriktaren består av en utifrån styrd direktomriktare (19,20) (fig. 2).

4. Kopplingsanordning enligt ett eller flera av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att en seriesvängningskrets (6) bestående av en drossel (7) och en kondensator (8) såsom energilagrare är anordnad mellan den självstyrda eller utifrån styrda strömriktarens (4) klämmor på likspänningssidan. 7901366-0 9

5. Kopplingsanordning enligt ett eller flera av föregående krav 1 - 3, k ä n n e t e c k n a d av att transformatorn (12) är förbunden med en direktomriktare (21, 22), på vars ut- gångssida en kondensator (23) anligger (fig. 3).

6. Förfarande för omformning av en växelspänning i en poten- tialseparerad växelspänning med annan frekvens, i ett växel- strömssystem med annan frekvens och fastal eller i en likspän- ning, i samtliga fall medelst en transformator, på vars primär- samt sekundärsida strömriktare anligger, varvid strömriktaren på primärsidan består av en icke styrd likriktare och två därefter kopplade, på likspänningssidan med varandra förbundna strömrik- tare, nämligen en själv- eller utifrån styrd strömriktare och en utifrån styrd strömriktare, k ä n n e t e c k n a t av en sådan styrning av den självstyrda eller utifrån styrda strömrik- taren (4), att både den på likspänningssidan därpå anliqgande spänningen (UB) och den till transformatorn (12) primärt till- förda spänningen uppvisar ungefärligen konstant amplitud och fas, varvid värdet av spänningen på likspänningssidan (UB) blir ungefär lika med växelspänningskällans (1) halva spänningstopp- värde.

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av en sådan styrning av den utifrån styrda strömriktaren (5), att sum- man av spänningarna på likspänningssidan av den själv- e11er_pt- ifrån styrda strömriktaren (4) och den utifrån styrda strömrik- taren (5) blir lika med spänningen (UN) på likspänningssídfin aV den icke styrda likriktaren (3).

8. Förfarande enligt något av kraven 6 - 7, k ä n n e t e c k- n a t av att det totala maximala behovet av reaktiv effekt hos transformatorn (12) och de därtill anslutna strömriktarna (4, 5, 15 resp.l9, 20 och 21, 22) alstras genom ett till trans- formatorns primärsida anslutet kondensatorbatteri (13).

9. Förfarande enligt något av kraven 6 - 8, k ä n n e t e c k- n a t av att inställningen av det av driftstillståndet bero- ende behovet av reaktiv effekt hos transformatorn (12) samt de därtill anslutna strömriktarna (4, 5, 15 resp. 19, 20 och 21,22) sker genom styrning av den själv- eller utifrån styrda strömrik- taren (4).