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Verfahren zum Betriebe gittergesteuerter Stromrichter od. dgl.
Gittergesteuerte Stromrichter werden in der Regel mit sogenannter Anschnittsteuerung betrieben, in- dem der Zündzeitpunkt jeder einzelnen Anode gegenüber dem Zeitpunkt der Spannungsgleichheit in je- der Periode um einen mehr oder weniger grossen Winkel α verzögert wird. Änderungen des Aussteuerunggrades werden durch stetige Verschiebung der Zündzeitpunkte zwischen den Endlagen der Vollaussteuerung (ce = 0) und der höchstzulässigen Wechselrichteraussteuerung (αmax), welche durch die Trittgrenze bzw. den notwendigen Sicherheitsabstand von der Stellung cl= 1800 gegeben ist, herbeigeführt. a. ax beträgt normalerweise bei Vollast etwa 1500, bei Teillast kann er näher an 1800 herangerückt werden.
In um- fangreicheren Betriebseinheiten mit grösserer Anodenzahl hat man häufig zwecks Blindleistungsersparnis eine unsymmetrische Steuerung angewendet, bei welcher nicht sämtliche Anoden gleichzeitig und In gleichem Masse, sondern einzelne Gruppen oder selbst einzelne Anoden bzw. Gefässe nacheinander bis zur völligen Sperrung herabgesteuert werden. Auch in diesen Fällen wird aber bei jeder einzelnen Anode der Zündzeitpunkt zwischen zwei Endlagen durch alle Zwischenstellungen hindurch stetig verstellt. Dazu sind verhältnismässig umständliche Steuereinrichtungen mit Steuerspannungen verschiedener, teilweise schwierig zu erzeugender Kurvenform erforderlich, besonders wenn der Stromrichter zur Speisung drehzahlgeregelter Motorantriebe dient. Demgegenüber wird mit der Erfindung eine wesentliche Vereinfachung erzielt.
Die Erfindung bezieht sich demzufolge auf ein Verfahren zum Betriebe gittergesteuerter Stromrichter, insbesondere zur Speisung geregelter Motorantriebe. Erfindungsgemäss wird die Gittersteuerung auf zwei ausgewählte Zündwinkelwerte, einen im Gleichrichtergebiet und einen im Wechselrichterbetrieb, beschränkt und durch einen praktisch trägheitslosen elektronischen Regler bei jedem Vorzeichenwechsel der Regelabweichung ein sprunghafter Wechsel der Zündlage von dem einen zu dem andern Winkelwert bzw. umgekehrt herbeigeführt. Diese Steuerung ist wesentlich einfacher als die bisher üblichen Verfahren, und man kommt daher auch mit einer einfacheren Steuereinrichtung aus. Ferner kann der Blindleistungsbedarf des Stromrichters in seinem gesamten Steuerbereich erheblich geringer gehalten werden.
Ein weiterer Vorteil des neuen Steuerverfahrens besteht darin, dass bei Schaltungen mit grösserer Pulszahl die der Pulszahl entsprechenden Komponenten des Oberschwingungsspektrums gleiche Phasenlagen haben.
Andere, der Pulszahl fremde Komponenten, treten nur mit kleinen Effektivwerten auf. Der geringste Blindleistungsbedarf unter sonst gleichen Verhältnissen kann dadurch erzielt werden, dass als ausgewählte Zündwinkelwerte, mit denen die Steuerung arbeitet, die beiden extremen Werte der Vollaussteuerung als Gleichrichter (oc = 0) und die höchstzulässige Wechselrichteraussteuerung (a=c ) festgelegt werden.
Durch eine stromabhängige Beeinflussung des Sicherheitsabstandes 1800 -amas kann der Wechselrichterbereich optimal ausgenutzt werden.
Die Steuerung kann vorteilhaft als an sich bekannte Impulssteuerung ausgebildet sein, welche für jede Anode in jeder Wechselspannungsperiode zwei Impulse mit fester Phasenlage, z. B. a. = 00 und (X = 150 bereithält. Einer dieser Zündimpulse wird jeweils durch den Regler unterdrückt, je nachdem, ob in dem betreffenden Zeitpunkt der Ist-Wert, d. h. der zeitliche Mittelwert der Messgrösse (Spannung oder Strom auf der Gleichstromseite) kleiner bzw. grösser ist als der vorgegebene Sollwert. Solange der Sollwert bei Speisung des Verbrauchers mit Gleichstrom unterschritten wird, kommt bei jeder Anode der
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Zündimpuls zur Zeit a= 0 zur Wirkung.
In diesem Falle braucht der andere Impuls, der bei α = 1500 liegt, nicht einmal unterdrückt zu werden, weil er dann an dem vorhandenen Betriebszustand des Ventils ohnehin nichts ändern kann. Wird jedoch der Sollwert überschritten, so wird durch den Regler der erste Impuls bei oc = 00 unterdrückt, so dass nur der zweite bei ou = 1500 zur Wirkung kommt und einen Brennabschnitt einleitet, in dem das betreffende Ventil im Wechselrichterbetrieb arbeitet. Dadurch wird der zeitliche Mittelwert der gemessenen Grösse auf der Gleichstromseite wieder vermindert und so dem Sollwert angenähert. Die vorbeschriebene Betriebsart entspricht beispielsweise dem Anlassen eines Gleichstromantriebsmotors. der Drehzahlsteigerung und dem Fahren mit Last.
Der Betrieb mit Bremsung und Drehrichtungsumkehr kann daraus ohne weiteres unter Benutzung bekannter Verfahren und Schaltungen abgeleitet werden und kann durch entsprechende Verstellung des Sollwertes der Stellgrösse herbeigeführt werden.
In der Zeichnung ist in den Fig. 1-3 die Bildung der Gleichspannung in einemDreihphasensystem bei Steuerung mit ze = 00 und a = 1500 durch 3 Kurvenbilderbeispielsweise für 3 theoretische Sonderfälle veranschaulicht, welche verschiedenen Verhältniswerten der tatsächlich abgegebenen mittleren Gleich-
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weil schon durch kleinste Schwankungen der Speisespannung oder der Belastung Unregelmässigkeiten hervorgerufen werden. Infolgedessen kommt jeder Gleichspannungswert durch eine statistische Mittelwertsbildung auf Grund der wahrscheinlichsten Zündfolge zustande. Ein so gesteuerter Stromrichter hat im gesamten Spannungsbereich einschliesslich des Wechselrichterbetriebes nahezu die gleiche geringe Blindleistungsaufnahme wie bei voller Aussteuerung unter Berücksichtigung der Kommutierungsblindleistung.
Ausserdem ist die Ventilbeanspruchung, welche durch das Produkt von Sprungspannung und Stromsteill1e ! t gegeben ist, wesentlich geringer als bei den bekannten Steuerverfahren. mit Teilaussteuerung durch stetige Zündwinkelverschiebung.
Bezüglich der Glättung des Gleichstromes stellt das neue Steuerverfahren keine höheren Anforderungen als die bisher üblichen. Beispielsweise wird für einen dreipulsigen Stromrichter die Zeitkonstante im
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1 secauswirken. Das der Pulszahl zugehörige "Grundspektrum" bleibt im ganzen Steuerbereich im wesentlichen unverändert, hat jedoch auch bei Betrieb mit dem neuen Steuerverfahren eine definierte Phasenlage zur Grundwelle. Dies ist von Bedeutung für Stromrichteranordnungen höherer Pulszahl, deren Einzelsysteme mit gleicher Belastung arbeiten. Die Verhältnisse sind also bezüglich dieser zum "Grundspektrum" gehörenden Oberwellen günstiger als bei Stromrichteranordnungen mit hergebrachter Steuerung.
Da für einen Betrieb mit dem neuen Steuerverfahren ein praktisch trägheitsloser Wechsel der Zündlagen von ausschlaggebender Bedeutung ist, so kommen als Steuer- und Regeleinrichtungen hauptsächlich solche mit Elektronenröhren und vorzugsweise mit Transistoren oder ähnlichen steuerbaren elektronischen Halbleiteranordnungen in Betracht. Grundsätzlich können dazu bekannte Einrichtungen verwendet werden, bei denen jedoch die sonst erforderlichen Mittel zur Verstellung der Phasenlage der Zündzeitpunkte entbehrlich sind. Anordnungen zur Erzeugung von Zündimpulsen mittels Transistoren sind an sich bekannt.
Zur Bestimmung der Schaltbefehle, durch welche in Abhängigkeit von dem Vorzeichen der, Regelabweichung entweder der eine oder der andere Steuerimpuls zur Wirkung gebracht wird, kann ein an sich bekannter Zweipunktregler, insbesondere Transistorregler, verwendet werden.
Das vorbeschriebene Steuerverfahren kann auch für gesteuerte Halbleiterventilanordnungen verwendet
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durchleiteranordnungensindu. a. dieinletzter Zeit bekanntgewordenen Vierschichtsysteme mit p-n-p-n-Schich- tung, bei denen beim Anlegen einer Wechselspannung an die äusseren Elektroden der mittlere p-n-Übergang den Stromdurchlass in jeder Periode zunächst sperrt, bis er durch einen elektrischen oder Lichtimpuls stromdurchlässig gemacht und so der Halbleitergleichrichter gewissermassen "gezündet" wird.