NO156030B

NO156030B - DEVICE FOR AA GENERATING APPROXIMATELY STAPHESE AC VOLTAGE AT THREE-PHASE OUTPUTS FROM A DIRECT CONVERTER.

Info

Publication number: NO156030B
Application number: NO812595A
Authority: NO
Inventors: Theodor Salzmann
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1980-08-01
Filing date: 1981-07-29
Publication date: 1987-03-30
Also published as: EP0045440A2; EP0045440A3; JPS6242471B2; JPS5759473A; EP0045440B1; DE3029319A1; NO812595L; DE3169819D1; NO156030C

Description

Oppfinnelsen angår en anordning til å frembringe tilnærmet trapesformede vekselspenninger ved trefase-utganger fra en direkte, omretter-, hvor der til påstyring av de respektive omretterventiler som arbeider på en trefase-utgang, tilføres en inngangsspenning, og hvor tendepulsene frembringes av en styreenhet med en styrevinkel som fører til den tilnærmet trapesformede vekselspenning. The invention relates to a device for generating approximately trapezoidal alternating voltages at three-phase outputs from a direct, inverter, where an input voltage is supplied to control the respective inverter valves working on a three-phase output, and where the bias pulses are generated by a control unit with a control angle which leads to the approximately trapezoidal AC voltage.

Ved nettførte strømrettere er utgangsspenningen proporsjonal med cosinus til styrevinkelen, som er bestemt ved tendepulsenes fasestilling i forhold til nettets vekselspenning. Der er kjent styreenheter hvor styrevinkelen er lineært proporsjonal med styrespenningen. En slik styreenhet leveres f.eks. av Siemens under typenummer 6PC1001 og be-nyttes f.eks. ved likerettere til matning av drivverk med likestrøm. With grid-connected rectifiers, the output voltage is proportional to the cosine of the control angle, which is determined by the phase position of the bias pulses in relation to the grid's alternating voltage. Control units are known where the control angle is linearly proportional to the control voltage. Such a control unit is delivered e.g. by Siemens under type number 6PC1001 and is used e.g. by rectifiers for feeding drives with direct current.

Hvis der imidlertid ønskes en sinusformet utgangsspenning, slik det er gunstig f.eks til matning av dreiefelt-maskiner, vil man for tilfeller hvor styrespenningen selv er sinusformet, behøve en styreenhet hvor der foreligger lineær sammenheng mellom styrespenning og utgangsspenning. I slike tilfeller må styreenheten lineariseres, f.eks. idet man ut fra den sinusformede inngangsspenning ved hjelp av en arcuscosinus-funksjonsgiver danner styrespenningen for den oven-nevnte styreenhet med lineær styrespenning/styrevinkel-karakteristikk, eller anvender en styreenhet som selv har en arcuscosinus-formet styrevinkel/styrespennings-karakteristikk og dermed er linearisert med hensyn til utgangsspenningens avhengighet av styrespenningen. If, however, a sinusoidal output voltage is desired, as it is advantageous for example for feeding rotating field machines, for cases where the control voltage itself is sinusoidal, one will need a control unit where there is a linear relationship between control voltage and output voltage. In such cases, the control unit must be linearized, e.g. by using an arccosine function encoder to form the control voltage for the above-mentioned control unit with a linear control voltage/control angle characteristic from the sinusoidal input voltage, or using a control unit which itself has an arccosine control angle/control voltage characteristic and is thus linearized with regard to the dependence of the output voltage on the control voltage.

Fra DE-OS 24 15 398 er det kjent at det i mange tilfeller er gunstigere å få en trapesformet istedenfor en sinusformet utgangsspenning. Dette er særlig gunstig når der med en direkte trefase/trefase-omretter, d.v.s. en direkte omretter med minst tre utganger hvor der på hver trefaseutgang arbeider en omretter som mates med trefasestrøm og er fri for sirkulasjonsstrømmer, og inversjonsstrømretterens utganger er koblet i stjerneform, mates en tilsvarende symmetrisk trefaset l?st. I slike tilfeller er det mulig å oppnå en øket effektover-føring med minsket opptak av blindlast i omretteren, da der ved uforandret effektiv-verdi av den matende nettspenning som er avgjørende for spenningspåkjenningen på ventilene og dimensjoneringen av omretteren, og ved en trapesformet utgangsspenning fås en økning av den for effektoverføringen avgjør-ende effektive verdi av utgangsspenningens grunnsvingning når man går over fra en sinusformet til en trapesformet utgangsspenning og den midlere utstyring av omretteren dermed blir høyere. Utgangsspenningen behøver i den forbindelse ikke å være nøyaktig trapesformet, isteden er det nok om utgangsspenningen har et anseelig innhold av overharmoniske med uliketallige ordenstall delelige med tre, og et mindre innhold av høyere harmoniske med uliketallige ordenstall som ikke er delelige med tre. Til å frembringe en slik tilnærmet trapesformet utgangsspenning gir det nevnte DE-OS anvisning på en innretning som for påstyring av de på en trefase-utgang arbeidende omretterventiler får tilført en sinusformet inngangsspenning, ut fra hvilken der i et omformertrinn, f.eks. ved påkobling av de tilsvarende overharmoniske, formes en tilnærmet trapesformet styrespenning for en styreenhet, samtidig som styreenheten er linearisert slik at utgangsspenningen av-henger lineært av styrespenningen, d.v.s. at styrespenning/ styrevinkel-karakteristikken er tilnærmet arcuscosinus-formet. From DE-OS 24 15 398 it is known that in many cases it is more favorable to obtain a trapezoidal instead of a sinusoidal output voltage. This is particularly advantageous when with a direct three-phase/three-phase inverter, i.e. a direct inverter with at least three outputs, where on each three-phase output an inverter works that is fed with three-phase current and is free from circulating currents, and the outputs of the inversion current rectifier are connected in star form, a corresponding symmetrical three-phase load is fed. In such cases, it is possible to achieve an increased power transmission with a reduced absorption of reactive load in the inverter, since with an unchanged effective value of the supply mains voltage, which is decisive for the voltage stress on the valves and the dimensioning of the inverter, and with a trapezoidal output voltage, an increase in the effective value of the fundamental oscillation of the output voltage, which is decisive for the power transfer, when switching from a sinusoidal to a trapezoidal output voltage, and the average equipment of the inverter thus becomes higher. The output voltage does not need to be exactly trapezoidal, instead it is sufficient if the output voltage has a considerable content of overharmonics with odd-numbered order numbers divisible by three, and a smaller content of higher harmonics with odd-numbered order numbers that are not divisible by three. To produce such an approximately trapezoidal output voltage, the aforementioned DE-OS provides instructions for a device which, for controlling the converter valves working on a three-phase output, is supplied with a sinusoidal input voltage, from which in a converter stage, e.g. by connecting the corresponding harmonics, an approximately trapezoidal control voltage is formed for a control unit, while the control unit is linearized so that the output voltage depends linearly on the control voltage, i.e. that the control voltage/control angle characteristic is approximately arccosine-shaped.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave ved en direkte omretter med trefaseutgang å gi anvisning på en enklere anordning til å frembringe tilnærmet trapesformede vekselspenninger under tilførsel av en sinusformet inngangsspenning . The invention is based on the task of a direct inverter with three-phase output to provide instructions for a simpler device to produce approximately trapezoidal alternating voltages under the supply of a sinusoidal input voltage.

Ifølge oppfinnelsen blir dette oppnådd ved at den sinusformede inngangsspenning er koblet direkte til en styreenhet hvis styrevinkel er lineært proporsjonal med styrespenningen, f.eks. en styreenhet av den innledningsvis nevnte kjente type 6PC1001. According to the invention, this is achieved by the sinusoidal input voltage being connected directly to a control unit whose control angle is linearly proportional to the control voltage, e.g. a control unit of the initially mentioned known type 6PC1001.

Man har fastslått det overraskende forhold at en slik styreenhet med lineær styrespenning/styrevinkel-karakteristikk ut fra en sinusformet styrespenning gir en utgangsspenning som i mange tilfeller er velskikket som tilnærmet trapesformet utgangsspenning. Derved blir det overflødig å anvende noe særskilt omformertrinn, og det blir mulig å anvende en enklere styreenhet. It has been established the surprising fact that such a control unit with a linear control voltage/control angle characteristic based on a sinusoidal control voltage gives an output voltage which in many cases is suitable as an approximately trapezoidal output voltage. Thereby, it becomes redundant to use any special converter stage, and it becomes possible to use a simpler control unit.

Et utførelseseksempel på oppfinnelsen vil bli belyst nærmere under henvisning til tegningen. An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing.

Man skal først under henvisning til kurveskjemaet på fig. 1 gå inn på sammenhengen mellom utgangsspenning U a, styrespenning U ^ og styrevinkel c^. ved en nettført strømretter: One must first refer to the curve diagram in fig. 1 go into the relationship between output voltage U a, control voltage U ^ and control angle c^. with a mains powered rectifier:

hvor betegner utgangsspenningen ved styrevinkel Oi = 0° og f(Ust) betegner styrespenning/ styrevinkel-karakterisetikken °C = f(Ugt). For den her benyttede styreenhet gjelder den funksjonelle sammenheng <U>st<=> k ' °C • så der ved en sinusformet styrespenning med toppverdi ^ s^ Qr d.v.s. fås følgende sammenheng where denotes the output voltage at control angle Oi = 0° and f(Ust) denotes the control voltage/ control angle characteristic °C = f(Ugt). For the control unit used here, the functional relation <U>st<=> k ' °C applies • so there at a sinusoidal control voltage with peak value ^ s^ Qr i.e. the following relation is obtained

Amplituden U ax, av utgangs-grunnsvingningen er hevet i forhold til amplituden av selve utgangsspenningen med en faktor 1,14, mens innholdet av 5te og 7de harmoniske samtidig ikke overstiger 1,5%. The amplitude U ax of the output fundamental oscillation is raised in relation to the amplitude of the output voltage itself by a factor of 1.14, while the content of the 5th and 7th harmonics at the same time does not exceed 1.5%.

Disse forhold er belyst på fig. 1 . Ut fra den sinusformede inngangsspenning (styrespenning) oppstår ved speiling ved den styrekarakteristikk U = U,.. cos (U j./k) som These conditions are illustrated in fig. 1. Based on the sinusoidal input voltage (control voltage) occurs by mirroring at the control characteristic U = U,.. cos (U j./k) which

a dio st a dio st

gjelder for en strømretter forsynt med en slik styreenhet, det tilnærmet trapesformede forløp av utgangsspenningen U SL. applies to a rectifier equipped with such a control unit, the approximately trapezoidal course of the output voltage U SL.

Fig. 2 viser en direkte omretter som den der f.eks. be-nyttes ifølge det nevnte DE-OS 24 15 398, hvor de sirkulasjon-strømfrie reversible strømrettere 4, 5, 6 som arbeider på hver sin trefaseutgang 1, 2, 3, påstyres av tilsvarende anord-ninger 7, 8, 9. Fig. 2 shows a direct inverter such as the one where e.g. is used according to the aforementioned DE-OS 24 15 398, where the circulation-current-free reversible rectifiers 4, 5, 6 which each work on their three-phase output 1, 2, 3, are controlled by corresponding devices 7, 8, 9.

Trefaseinngangene til de reversible strømrettere 4, 5, 6 er hver for seg over adskilte sekundærviklinger på en transformator 10 koblet til et matende trefasenett N. Det ene sett av utganger fra de reversible strømrettere 4, 5, 6 The three-phase inputs to the reversible rectifiers 4, 5, 6 are each separately via separate secondary windings of a transformer 10 connected to a feeding three-phase network N. The one set of outputs from the reversible rectifiers 4, 5, 6

er ført sammen til et felles stjernepunkt 11 og med veksel-spennings-utgangene 1, 2, 3 mates en trefaset last 12, fortrinnsvis en dreiefelt-maskin. Fra en reguleringsinn-retning som ikke er vesentlig i den foreliggende sammenheng, leveres ønskeverdiene i ^, i 2, i3 og måleverdiene il, 12, i3 for de strømmer som flyter i de enkelte vekselstrømut-ganger, og disse verdier tilføres tilsvarende regulatorer 13, 14, 15, hvis utganger også får tilkoblet tilleggs-styrespen-ninger Uvl, Uv2' uv3 t;Ll forhåndsstyring (f.eks. i henhold til DE-OS 26 57 712 og DE-OS 26 57 762). Videre er der også antydet kommandotrinn 16, 17, 18 til omkobling av omretterens enkelte strømretterbroer ved skift av strømretning. are brought together to a common star point 11 and with the alternating voltage outputs 1, 2, 3 a three-phase load 12, preferably a rotating field machine, is fed. From a regulation device which is not essential in the present context, the desired values i^, i2, i3 and the measured values 11, 12, i3 are supplied for the currents flowing in the individual alternating current outputs, and these values are supplied to corresponding regulators 13, 14, 15, whose outputs are also connected to additional control voltages Uvl, Uv2' uv3 t;Ll advance control (e.g. according to DE-OS 26 57 712 and DE-OS 26 57 762). Furthermore, command steps 16, 17, 18 are also indicated for reconnection of the inverter's individual rectifier bridges when changing the current direction.

Ut fra de sinusformede inngangsspenninger danner anord-ningene 7, 8, 9 tendesignalene til påstyring av de tilhørende reversible strømrettere 4, 5, 6. I samsvar med oppfinnelsen består hver slik anordning bare av en styreenhet hvor styrevinkelen 0( er lineært proporsjonal med styrespenningen. Spesielt bortfaller altså et særskilt omformertrinn. Videre har man her ikke ved styreenheten behov for lineariserende forholdsregler som via en arcuscosinus-artet sammenheng mellom styrespenning og styrevinkel fører til en lineær utgangsspenning/styrespennings-karakteristikk. Based on the sinusoidal input voltages, the devices 7, 8, 9 form the bias signals for controlling the associated reversible rectifiers 4, 5, 6. In accordance with the invention, each such device only consists of a control unit where the control angle 0( is linearly proportional to the control voltage. In particular, there is thus no need for a separate converter step.Furthermore, there is no need for linearizing measures at the control unit which, via an arccosine-like relationship between control voltage and control angle, leads to a linear output voltage/control voltage characteristic.

Claims

Device (7, 8, 9) for generating approximately trapezoidal alternating voltages at three-phase outputs (1, 2, 3) from a direct inverter (4, 5, 6,), where for controlling the respective inverter valves that work on a three-phase output (1), a sinusoidal input voltage is supplied and a control unit (7) produces tending impulses with a control angle that leads to an approximately trapezoidal alternating voltage, characterized in that the sinusoidal input voltage (Ust^) is connected directly to a control unit known per se (7) whose control angle (Q(^) is linearly proportional ( = k . Ugt^) to the control voltage (Ugt^) .