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Die Erfindung betrifft eine Stromrichterschaltung zur Leistungsübertragung zwischen einem Gleichstromsystem und einem Wechselstromsystem, bei der für jede Phase des Wechselstromsystems ein Lei- stungssehaltzweig, umfassend eine erste Serienschaltung von Leistungsschaltventilen und in Parallelschaltung dazu eine zweite Serienschaltung von Freilaufventilen, zwischen gegenpoligen Anschlüssen des Gleich-
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vorgesehenstungsschaltventilen eine Löschschaltung vorgesehen ist, die eine kapazitive Speicheranordnung für Löschenergie sowie eine induktive Schwingkreisanordnung für die Umladung der Speicheranordnung und für jeden Leistungsschaltzweig einen zugeordneten Löschkreis mit einem an den Mittelabgriff des zugehörigen Leistungsschaltzweiges angeschlossenen Löschschalter aufweist.
Stromrichterschaltungen der vorgenannten Art sind für ein breites Anwendungsgebiet geeignet, welches nicht nur Notstromaggregate und andere Anlagen für die Energieumsetzung zwischen Gleichstromquellen oder Gleichstromspeichern einerseits und Wechselstromnetzen anderseits, sondern auch die bekannten Zwischenkreis-Wechselstromumrichter mit einem Gleichstromsystem als Verbindungsglied zwischen zwei nach Frequenz und/oder Spannung verschiedenen Wechselstromsystemen umfasst.
Als Leistungsschaltventile kommen die üblichen Halbleiter- oder auch Gasentladungsventile in Betracht, deren Einschalten in den stromführenden Zustand (im folgenden kurz als" Zünden" bezeichnet) mit geringem Leistungsaufwand am Ventil selbst steuerbar ist, während das Ausschalten in den stromsperrenden ("blockierenden") Zustand (im folgenden kurz als" Löschen" bezeichnet) nur durch Beendigung des Stromflusses im Lastkreis des Ventils erreichbar ist.
Im vorliegenden Fall der selbstgeführten Stromrichterschaltung ist dafür eine Löschschaltung mit kapazitiven Schaltungsmitteln für die Speicherung von Löschenergie vorgesehen, die bei Freisetzung durch entsprechende Schaltmassnahmen den Stromfluss in einem gezündeten Leistungsschaltventil unterdrückt,
Für einen nächsten Löschvorgang ist eine Umladung der betreffenden Speicherkapazität erforderlich, wofür im vorliegenden Fall induktive Schaltungsmittel vorausgesetzt sind, die mit den zugehörigen kapazi- tiven Schaltungsmitteln ein schwingfähiges Gebilde darstellen und die Umladung durch entsprechend bemessene zeitliche Fortsetzung des Lösch-Entladungsstromes herbeiführen. Solche Löschschaltungen gehören zum allgemein bekannten Stand der Technik.
Bei den üblichen Schaltungen der vorliegenden Art ist für jede Phase ein eigener Löschkondensator und eine diesem zugeordnete Schwingdrossel vorgesehen. Insgesamt sind also für jede Wechselstromphase drei Drosseln vorhanden. Bei einer Drehstromschaltung ergeben sich somit nicht weniger als neun verschiedene Drosseln, wenn man noch je zwei Strombegrenzungsdrosseln pro Phase mitzählt. Damit ist ein erheblicher Schaltungsaufwand gegeben, den zu vermindern die Aufgabe der Erfindung bildet. Die erfindungsgemässe Lö- sung dieser Aufgabe kennzeichnet sich dadurch, dass die Löschschaltung zwei für die Leistungsschaltzweige gemeinsame Schwinginduktivitäten in Serie mit einer Löschventilanordnung in einem Schaltungsquerzweig zwischen zwei gegenpoligen Anschlüssen des Gleichstromsystems aufweist.
Der induktive Schaltungsaufwand für die Umladung der Löschkondensatoren, wird somit vermindert, wobei die Anzahl der Schwinginduktivitäten geringer ist als die Phasenzahl des Wechselstromsystems. Es wird demzufolge jeweils mindestens eine Schwinginduktivität in zeitlicher Aufeinanderfolge für Umladevor- gänge herangezogen, die zu einer Speicherung von Löschenergie für die Leistungsschaltventile verschiedener Phasen des Wechselstromsystems führen.
Ausgehend von einer üblichen Schaltung wird die Erfindung nun an Hand eines Ausführungsbeispieles
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bild eines Stromrichters für ein Gleichstromsystem ohne Mittelabgriff, Fig. 2 ein Zeitdiagramm der Phasenund Löschkondensatorspannung eines Stromrichters gemäss Fig. 1 für Grundschwingungsbetrieb und Fig. 3 ein Zeitdiagramm des Phasenstromes und des Löschkondensatorstromes sowie verschiedener Ventilströme für einen Betriebszustand gemäss Fig. 2 und Fig. 4 eine Ausführung eines erfindungsgemässen Stromrichters für ein Gleichstromsystem gemäss Fig. 1 mit vermindertem Aufwand an Schwinginduktivitäten,
Die Schaltung nach Fig. 1 ist an ein Gleichstromsystem mit den gegenpoligen Klemmen + und - angeschlossen.
Im folgenden wird die Schaltung mit Bezug auf den zum Phasenanschluss R gehörigen Teil mit der Phasenspannung UR und dem Phasenstrom iR entsprechend den dargestellten Bezugspfeilen erläutert, Für die den übrigen Phasen zugeordneten Schaltungsteile gilt jeweils entsprechendes.
Für jede Phase sind zwei mit zugehörigen Strombegrenzungsdrosseln-Li und Lg-in Reihe zwischen den gegenpoligen Gleichstromklemmen angeschlossene Leistungsschalteinrichtungen --1 und 2-- vorgesehen, die je einen Thyristor-viz bzw. V2-- als Leistungsschaltventile und je eine dazu antiparallel geschaltet Rückstromdiode-Vg bzw. V -umfassen. Über diese Ventile kann also insgesamt der PhasenanschlussR sowohl bei positivem wie auch bei negativem Phasenstrom iR mit + oder-des Gleichstromsystems in Verbindung stehen.
Für den Phasenanschluss R ist ferner eine Löschschaltung --4-- vorgesehen, die zwei in Serie zuein-
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--L1 und L3-- angeschlosseneBei positiver Spannung uC des Löschkondensators-Ck--kann letzterer durch Zünden des Thyristors --V-, bei negativer Spannung us durch Zünden des Thyristors --V6'-- zum Phasenanschluss R durchge- schaltet werden, welcher durch die Schaltungsverbindung der Schalteinrichtung --1 und 2-- gebildet ist. Die zwecks Funktionserläuterung der Schaltung zu betrachtenden Ströme der Ventile-V, Vg und V3-- sind mit
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und iLöschkondensators--Ck--istmitiCbezeichnet.
Die Steuerelektroden sämtlicher Thyristoren sind an gesonderte Ausgänge einer nicht dargestellten
Steuerschaltung angeschlossen, die der jeweils gewünschten Betriebsweise in ihrer zeitlichen Aufeinander- folge entsprechende Zündimpulse liefert. Aufbau und Wirkungsweise einer solchen Steuerschaltung sind als allgemein bekannt vorauszusetzen.
Die Funktion der Schaltung nach Fig. 1 wird an Hand der Fig. 2 und 3 erläutert, in denen der Verlauf der eingetragenen Spannungen und Ströme über der Zeit t dargestellt ist.
Im Ausgangszustand zur Zeit to sei der Löschkondensator --Ck-- auf die positive Spannung 2U aufge-
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strom iR und demgemäss vernachlässigbar geringem induktivem Sparmungsabfall an --L1 und L3-- liegt somit der Phasenanschluss R an der positiven Spannung U. Für den Phasenstrom iR ist ein sinusförmiger Verlauf angenommen, der durch entsprechende Siebmittel im Wechselstromsystem erzwungen sein möge. Gemäss Fig. 3 ist im Ausgangszustand ein gemäss Bezugspfeil positiver Phasenstrom angenommen, der zum Nulldurchgang zur Zeit t5 hin abnimmt und dann negativ wird.
Zur Zeit t1 wird ein Kommutierungsvorgang eingeleitet, der sich (der Anschaulichkeit halber in zeitlich gedehnter Darstellung) bis zur Zeit t4 erstreckt und zur Umschaltung des Phasenanschlusses R auf das negative Potential U führt, Eingeleitet wird die Kommutierung durch Zünden des Löschthyristors --V5'--, wodurch der Phasenanschluss - abgesehen von hier vernachlässigten induktiven Spannungsabfällen - auf das positive Potential 2U entsprechend dem Ausgangszustand des Löschkondensators gelangt. Tatsächlich ist dieses Potential infolge des induktiven Spannungsabfalles an der Schwingdrossel--L-um ein gewisses Mass geringer, was jedoch für den grundsätzlichen Vorgang, soweit er hier interessiert, ohne Belang ist.
Der Entlade- bzw. Umladestrom i des Löschkondensators nimmt nun den in Fig. 3 dargestellten Ver-
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und t3 liegt an --V1-- in Sperrichtung die Durchlassspannung von --V3--, so dass --V1-- seine Blockierfähigkeit wieder erlangen kann (Freiwerdezeit).
Etwa beim Maximum von iC geht die Spannung uC am Löschkondensator durch Null, während der weiterfliessende Umladestrom durch die Schwingdrossel --L2-- aufrecht erhalten wird, bis der Löschkondensator zur Zeit t4 auf die negative Spannung 2U umgeladen ist. Während der letzten Phase des Umladevorganges zwischen t3 und t4 sinkt iC unter den Phasenstrom ab, so dass die ansteigende Differenz zwischen beiden letztgenannten Strömen in Gestalt eines Stromes i von der Rückstromdiode-V-der LeistungsV4 4 schalteinrichtung --2-- übernommen wird. Ab t4 führt die Rückstromdiode-V-allein den Phasenstrom iR bis zur Zeit t5. Im Falle des Grundschwingungsbetriebes ohne Phasenanschnittwinkel wird nun --V2-gezündet und übernimmt den nun negativen Phasenstrom.
Für das Löschen von-V-zu dem dann folgenden Zeitpunkt, in welchem die Phasenspannung UR wieder positiv werden soll, steht nun die als Resultat der Umladung vorhandene Spannung-2U des Löschkondensators zur Verfügung. Spannungswechsel und Strom- übergänge sowie erneutes Umladen von Ck wieder auf +2U folgen sinngemäss umgekehrt wie vorangehend erläutert. Damit ist auch der Ausgangszustand des Löschkondensators wieder hergestellt.
Wenn eine Phasenanschnittsteuerung durchgeführt werden soll, so wird jeweils der betreffende Leistungsschaltthyristor um einen gewissen Phasenwinkel verspätet gezündet, z. B.-Vg-um eine gewisse Zeit nach te. Weiterhin kann je nach den Impedanzverhältnissen im Wechselstromsystem die Phasenverschiebung zwischen den im Beispielsfall rechteckförmigen Phasenspannungen und den z. B. sinusförmigen Phasenströmen unterschiedlich sein und den Zeitpunkt t5 an t1 heranrücken lassen ; wobei dann der Strom-
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flusswinkel von iV4 verschwindet. In diesem Fall ist zur Begrenzung von Kurzschlussströmen bei kurzzeitig gemeinsam leitfähigen Thyristoren'-V-, und Veine Induktivität im Gleichstromkreis erforderlich.
Der Grundgedanke der Verminderung des induktiven Schaltungsaufwandes führt bei einem Stromrichter
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Merwechselweise in verschiedenen Umlade-Schwingkreisen für die Löschkondensatoren wirksam. Die Vielfalt der möglichen Betriebszustände wird hiedurch ebenfalls praktisch nicht beeinträchtigt, weil die Umladung der Löschkondensatoren sehr rasch vorgeht und die einzelnen Abkommutierungen und Löschvorgänge über die Grundschwingungsperioden gleichmässig verteilt mit vergleichsweise grossem zeitlichem Abstand angeordnet sind. Es treten also keine störenden Überschneidungen der Halbschwingungen in der gemeinsamen Schwingdrossel auf.
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wirkend auf einem gemeinsamen Magnetkern --Mi -- angeordnet, wodurch Unsymmetrien ausgeglichen werden.
Ausserdem ergibt sich durch den gemeinsamen Kern eine konstruktive Vereinfachung und Aufwandsvermeidung.