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Steuereinrichtung für mehrphasige Stromrichter in
Umkehrschaltung zur Impulsverlängerung
Bei dem Betrieb gesteuerter Gasentladungs-Stromrichter ist es im allgemeinen üblich und in vielen
Fällen auch ausreichend, die Steuerung des Zündeinsatzes der Entladungsstrecken mit kurzen Spannung- impulsen mit genügender Flankensteilheit vorzunehmen. Hiebei ist der erfolgende Zündeinsatz durch die zeitliche Lage der Vorderflanke der Spannungsimpulse bestimmt. Bei Gleichrichterbetrieben mit einem gleichbleibenden mittleren Gleichstrom wird die Phasenlage dieser Vorderflanke in einem bestimmten zeitlichen Abstand, nämlich dem sogenannten Zündverzögerungswinkel, von dem sogenannten natürlichen
Zündzeitpunkt, der im Schnittpunkt zweier aufeinanderfolgenden Anodenwechselspannungen liegt, ein- gestellt.
Es ist mitunter vorteilhaft, auf alle Fälle aber nicht nachteilig, die Spannungsimpulse breiter auszu- bilden, also auch nach erfolgter Zündung noch bestehen zu lassen. Hiebei unterliegt die Länge der Im- pulse bei Gleichrichterbetrieb keiner engen Begrenzung, da nach Verlöschen des Anodenstromes eine ne- gative Sperrspannung an den Anoden einsetzt und im Bereich dieser negativen Sperrspannung ohnehin keine Neuzündung eines Stromes erfolgen kann.
Bei Wechselrichterbetrieb liegen die Verhältnisse indessen anders, da bei diesen im Anschluss an eine mehr oder weniger kurze Dauer der positiven Sperrspannung ein Übergang zu einer negativen Sperrspannung stattfindet. Deshalb darf bei Wechselrichterbetrieb die Breite der Guierspannungsunpulse höchstens die Dauer des Stromflusses der Entladungsstrecke betragen. Für einen Stromrichter in der dreiphasigen Grundschaltung würde dies bedeuten, dass die Impulsbreite nicht mehr als 120 + u betragen darf, wenn u den Kommutierungswinkel oder Überlappungswinkel bedeutet. Bei einer Umkehrschaltung für eine Betriebsweise, die einen schnellen Übergang vom Gleichrichter - in den Wechselrichterbetrieb erfordert, insbesondere bei Umrichtern, können indessen wesentlich längere Stromflusszeiten vorkommen.
Bei einer schnellen Umsteuerung vom Gleichrichter-in den Wechselrichterbetrieb kann die als Anodenbrenndauer bezeichnete Stromflussdauer bis zu 3000 betragen.
Bei Umkehrschaltungen, insbesondere für einen kreisstromfreien Betrieb, und bei frequenzelastischen Umrichtern ist indessen die Umkehr der Stromrichtung nicht vorhersehbar, so dass die Steuerung derart vorgenommen werden muss, dass in jedem Augenblick innerhalb der genannten möglichen Brenndauer eine Zündung sichergestellt ist. Um dies zu erreichen, genügt es offenbar nicht, in diskreten vorgegebenen Zeitpunkten, beispielsweise in einem bestimmten Abstand von dem Schnittpunkt aufeinanderfol- gender Anodenwechselspannungen kurze Steuerimpulse zu erzeugen. Anderseits ist es mit Rücksicht auf den normalen Wechselrichterbetrieb nicht möglich, dauernd so lange Steuerimpulse zu erzeugen, wie sie bei der Umsteuerung vom Gleichrichter - in den Wechselrichterbetrieb benötigt werden.
Es ist daher notwendig, die Impulsdauer der kurzen Steuerimpulse zu verlängern, jedoch diese Länge auf die mögliche Stromflussdauer zu begrenzen.
Diese gestellte Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Die Erfindung stellt eine Steuereinrichtung für mehrphasige Stromrichter in Umkehrschaltung zur Impulsverlängerung der mittels eines Steuergerätes erzeugten, für die Steuerung der Entladungsstrecken der einzelnen Phasen der die Umkehrschaltung bildenden Stromrichtergruppen bestimmten, kurzen Spannungsimpulse dar.
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Die Erfindung sieht vor, die von dem Steuergerät abgegebenen kurzen Spannungsimpulse der einzel- nen Phasen jeder Stromrichtergruppe dem einen Eingang je einer der betreffenden Phase zugeordneten bistabilenKippstufe zuzuführen, währenddiekurzenSpannungsimpulse der jeweils übrigen Phasen über ein "Oder"-Glied dem andern Eingang der betreffenden Kippstufe zugeleitet sind.
Sie sieht weiterhin vor, i jeden der Ausgänge der Kippstufen mit je einem Eingang eines"Und"-Gliedes zu verbinden, dessen Aus- gangsspannung gegebenenfalls über einen Verstärker dem Steuergitter der zugehörigen Entladungsstrecke der Stromrichtergruppe zugefuhrt ist, wobei die Freigabe dieser Ausgangsspannung des"Und"-Gliedes von dem Bestehen eines von einer weiteren Steuereinrichtung abgegebenen Steuersignales durch Einwirkung diesesSteuersignales auf die untereinander verbundenen andernEingänge der "Und"-Glieder abhängig gemacht ist.
Eine derartige Steuereinrichtung nach der Erfindung ist in Fig. 1 für das Beispiel einer dreiphasigen
Grundschaltung als Blockschaltbild wiedergegeben. Die Stromrichtergruppe bildet den der Stromführung für die eine Richtung des Belastungsstromes dienenden einen Teil einer Umkehrschaltung. Diese Umkehr- schaltung soll insbesondere einen frequenzelastischen Umrichter zur Umformung von Drehstrom der Fre- i quenz f in einen Einphasen-Wechselstrom niedrigerer Frequenz vorstellen, so dass es sich bei dem mit "Gleichstrom" bezeichneten Belastungsstrom der einen Stromrichtung in dem vorliegenden Falle um eine der Halbwellen, beispielsweise um die positive Halbwelle des Einphasen-Wechselstromes, handelt.
Der Verlauf der Wechselspannungen der drei Phasen sind in Fig. 2 oben wiedergegeben, die Spannun- gen sind mit uwl, uw2, uw3 bezeichnet. In einer willkürlich angenommenen Phasenlage ist ferner die positive Halbwelle des mit iw bezeichneten Einphasen-Wechselstromes wiedergegeben. Die vollausgezo- gene Spannungskurve stellt die zugehörige Umrichterspannung Uw dar, die erkennen lässt, dass sich wäh- rend der Dauer der positiven Halbwelle des Stromes ein Übergang vom Gleichrichter- indenWechselrich- terbetrieb abspielt. Darunter veranschaulicht Fig. 2 die Impulsbildungen.
In Fig. l ist mit 1 die Stromrichtergruppe für die eine Stromrichtung des Belastungsstromes bezeich- net. Die Stromrichtergruppe besteht beispielsweise aus drei Einanoden-Stromrichtergefässen und dem zu- gehörigen Dreiphasentransformator. Die für die Steuerung erforderlichen kurzen Spannungsimpulse wer- den von einem Steuergerät 2 an sich bekannter Wirkungsweise erzeugt. Diese Impulse, die mit 11'12, 13 bezeichnet sein sollen, sind in der Zusammenstellung der Impulse in Fig. 2 an den Anfang gestellt.
Diesen dreiImpulsen derdreiPhasen der Stromrichtergruppe sind drei bistabile Kippstufen 3 zugeord- net. Jeder dieser Impulse ist dem einen Eingang der zugehörigen Kippstufe zugeführt. Die andern Eingän- ge dieser Kippstufen sind mit dem Ausgang je eines"Oder"-Gliedes 4 verbunden, dessen beiden Eingän - gen die Impulse der jeweils übrigen Phasen zugeleitet sind. Infolgedessen entstehen an den Ausgängen der "Oder"-Glieder 4 die in Fig. 2 mit Ol'02'03 bezeichneten kurzen Spannungsimpulse. Während die erstgenannten Impulse die Kippstufen 3 in den als Arbeitszustand bezeichneten einen Zustand kippen, er- folgt durch die Ausgangsimpulse der"Oder"-Glieder 4 das Zurückkippen in den Grundzustand der Kipp- stufen.
Infolgedessen nehmen die von den Kippstufen abgegebenen, mit S" S2, S 3 bezeichneten Impulse die in Fig. 2 dargestellte Rechteckform an.
Hieran erkennt man, dass jeder kurze Spannungsimpuls des Steuergerätes 1 die zugehörige Kippstufe
3 in den weiterhin als"Zündlage"bezeichneten Arbeitszustand bringt und die zeitlich vorangehen- de Kippstufe in den Grundzustand zurückkippt. Hiebei kann die Ablösungsreihenfolge der Anoden, bei- spielsweise entsprechend den Erfordernissen eines frequenzelastischen Umrichters, beliebig sein.
Die in dieser Weise von den Ausgängen der Kippstufen abgegebenen breiten Spannungsimpulse, die mit der Dauer der möglichen Anodenbrenndauer der zugehörigen Entladungsstrecken übereinstimmen, sofern die (Jberlappungsdauer der Anodenströme vernachlässigt wird, sollen aber nicht dauernd an die
Steuergitter der Entladungsstrecken gelangen, sondern nur dann, wenn die betreffende Entladungsstrecke zur Stromführung freigegeben ist.
Dieser Freigabeentscheid erfolgt durch ein von einer besonderen Steuereinrichtung 7 abgegebenes
Steuersignal, das in Fig. 2 mit der Bezeichnung F eingetragen ist. Dieser auf eine nicht wiedergegebene
Weise erzeugte lange Rechteckimpuls soll beispielsweise für den hier angenommenen Umrichterbetrieb die Dauer der positiven Halbwelle des Einphasenwechselstromes, für die die Entladungsstrecken der Stromrichtergruppe in der Stromführung zuständig sind, markieren. Der Rechteckimpuls F kann beispielsweise einer Kippstufe entnommen werden, die durch den Nulldurchgang der vorangegangenen negativen Halbwelle des Einphasenwechselstromes in ihren Arbeitszustand. gekippt und durch den Nulldurchgang der positiven Halbwelle in den Grundzustand zurückgekippt wird.
Dieser Freigabeimpuls F ist dem ersten Eingang von drei"Und"-Gliedern 5 zugeführt, während die vorgenannten Ausgangsimpulse S, S, S der Kippstufen 3 dem zugehörigen andern Eingang der
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EMI3.1