AT395793B - Schaltungsanordnung fuer umkehrstromrichter mit zwei kompakt-drehstrombruecken in gegenparallelschaltung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Umkehrstromrichter mit zwei Kompakt-Drehstrom-brücken in Gegenparallelschaltung, wobei bei jeder Kompakt-Drehstrombrücke, die in herkömmlicher Weise je eine aus jeweils drei Ventilen bestehende, als positiv und negativ definierbare dreipulsige Sternschaltung aufweist, die über den Gleichstromkreis in Reihe schaltbar sind, alle Ventile in einem Gehäuse angeordnet und mit dessen isolierter Bodenplatte optimal wärmeleitend verbunden sind und die Anschlußpunkte für den Drehstrom, die beiden Stempunkte als Anschlußpunkte für den Gleichstrom und die Anschlußpunkte für die Ansteuerleitungen an Gehäuseklemmen geführt sind.

Aus dem russischen Abstract "Soviet inventions illustrated, Section El, week K08, 6. April 83, Derwent Publications LTD, SU 913-529“ sind Drehstrom-Gleichstrom-Spannungsumsetzer bekannt, bei denen zur Hauptthyristorbrücke ein aus zwei in Reihe geschalteten Dioden gebildeter Stromkreis vorgesehen ist. Ferner ist ein Stromteiler vorgesehen, dessen Wicklungsanfang an die zusammengeschalteten Anoden und Kathoden einer ersten zusätzlichen Thyristorbrücke angeschlossen ist und dessen Wicklungsende mit den zusammengeschalteten Anoden und Kathoden einer weiteren zusätzlichen Thyristorbrücke verbunden ist. Die Anzapfung, durch die das Windungsverhältnis des Stromteilers auf 0,732 : 0,268 festgelegt ist, ist mit dem Verbindungspunkt der beiden in Reihe geschalteten Dioden verbunden. Diese Schaltung dient bei Stromversorgungen mit regelbarer Gleichspannung, bei der größere Anforderungen hinsichtlich der Eingangs- und Ausgangsströme bestehen, zur Verbesserung der Kurvenform des dem Netz entnommenen Stromes und zur Verkleinerung des Brumms der gleichgerichteten Spannung.

Bei herkömmlichen Brückenschaltungen ist jedes der Ventile auf einem eigenen Kühlkörper befestigt. Insgesamt bedingt dies neben dem Arbeitsaufwand für die elektrische Verdrahtung auch einen großen mechanischen Aufwand. Daher wurden für geringere bis mittlere Leistungen Kompaktbrücken entwickelt, bei denen alle Ventile einer Brücke in einem Gehäuse angeordnet und thermisch optimal mit dem Gehäuse verbunden sind, wobei die Anschlüsse an Gehäuseklemmen herausgeführt werden. Dabei ist das Entfallen des Verdrahtungsaufwandes sowie die vereinfachte Montage des Gehäuses, die lediglich mittels zweier Schrauben auf einem einzigen Kühlkörper erfolgt von Vorteil. Es ergibt sich somit eine kompakte, platzsparende Ausführung.

Bei der einfachen Stromrichterschaltung mit einer Drehstrom-Brückenschaltung ist durch die Ventile eine Stromrichtung und damit für einen gespeisten Antrieb eine Momentenrichtung festgelegt. Bei sogenannten Mehrquadrantenantrieben erfolgt der Betrieb so, daß nicht nur Treiben in einer Drehrichtung, sondern Treiben und Bremsen in zwei Drehrichtungen möglich ist. Dies ist dann erforderlich, wenn häufiges Beschleunigen und Verzögern oder häufiger Drehrichtungswechsel erforderlich sind und die Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten klein gehalten werden sollen. Um eine Umkehr der Stromrichtung bzw. Momentenrichtung zu erreichen, muß daher die Schaltung im Leistungsteil erweitert werden.

Wenn man von Ankerkreis- oder Feldkreisumschaltung absieht, kommt dafür die Gegenparallelschaltung in Frage. Bei dieser verwendet man zwei netzgeführte gegenparallelgeschaltete Stromrichter, je einen für jede der beiden zueinander entgegengesetzten Stromrichtungen. Bei der kreisstromfreien Gegenparallelschaltung ist immer nur einer der beiden Stromrichter in Betrieb, bei dem zweiten sind die Impulse gesperrt. Der Steuer- und der Regelteil müssen dabei verschiedene bekannte Zusatzbedingungen gegenüber dem Einquadrantenantrieb erfüllen können. Hier sind für jede Stromrichtung alle sechs Ventile der zugeordneten Drehstrombrücke zyklisch in Betrieb und zwar in der bekannten Einschaltreihenfolge, bei der jeweils zwei Ventile überlappend stromführend sind. Es tritt also bei Kompaktbrücken, auf die die Erfindung bezogen ist, während der Stromführungszeit einer Brücke in deren Gehäuse die volle Verlustleistung auf, die über den Gehäuseboden an den Kühlkörper abgeführt werden muß. In der anderen stromlosen Brücke tritt während dieser Zeit keine Verlustleistung auf. Dies stellt eine sehr unrationelle Aufteilung der Verlustleistung dar, die auch zu mechanischen Beanspruchungen führen kann. Erfindungsgemäß wird demgegenüber eine Schaltungsanordnung vorgesehen, bei der bei jeder der beiden Kompaktbrücken die Stempunkte an ihren Gehäuseklemmen in an sich bekannter Weise zusammengeschaltet sind und je einen Gleichspannungs-Anschlußpunkt bilden und für jede Stromrichtung die Ventile der positiven Sternschaltung einer der beiden Kompaktbrücken zusammen mit den Ventilen der negativen Sternschaltung der jeweils anderen Kompaktbrücke in der bekannten Zündreihenfolge angesteuert sind. Der erzielbare Vorteil liegt darin, daß der Strom jeweils auf je eine halbe Kompaktbrücke verteilt wird, wodurch die Gegenparallelschaltung mehr Strom führen kann, da nur die halbe Verlustleistung in einem Brückengehäuse entsteht, die über die gleiche Brückenbodenfläche abgeführt wird, wie die volle Verlustleistung. Gleichzeitig wird auch eine bessere Wärmeverteilung auf dem Kühlkörper erreicht, die dessen Wärmewiderstand verringert.

Anhand von Zeichnungsfiguren soll nachfolgend die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 die bekannte Standardschaltungsanordnung und

Fig. 2 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für Umkehrstromrichter mit zwei Kompakt-Drehstrombrücken in Gegenparallelschaltung.

Fig. 1 zeigt zwei aus je sechs Ventilen (1 - 6, Γ - 6') aufgebaute Drehstrombrückenschaltungen (7, 8). Aus diesen jeweils sechs Ventilen (1 - 6) und (1' - 6') sind zwei unterschiedliche Brückenhälften (9,10) und (9'j 10') in Form von dreipulsigen Stern- oder Mittelpunktschaltungen gebildet, die drehstromseitig parallelgeschaltet und angespeist sind und über einen äußeren Gleichstromkreis in Reihe geschaltet werden. Bei den ersten Brückenhälften (9, 9'), die aus den Ventilen (2, 4, 6) bzw. (2', 4', 6') gebildet sind, sind die -2-

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Anoden dieser Ventile miteinander und mit einer ersten Klemme (11,11') galvanisch verbunden, die einen negativen Anschlußpunkt für den Gleichstromkreis bildet. Diese ersten Brückenhälften (9,9') können daher auch als "negative" Brückenhälften bezeichnet werden. In analoger Weise sind bei den zweiten Brückenhälften (10,10'), die aus den Ventilen (1,3,5) bzw. (1', 3', 5') bestehen, die Kathoden dieser Ventile galvanisch miteinander und mit einer zweiten Klemme (12,12') verbunden, die einen positiven Anschlußpunkt für den Gleichstromkreis bildet. Diese zweite Brückenhälfte (10,10') wird daher auch als "positive" Brückenhälfte bezeichnet

Zur Schaffung eines kreisstromfreien Umkehrstromrichters wird der negative Anschlußpunkt (11) der beschriebenen ersten Brückenschaltung (7) mit dem positiven Anschlußpunkt (12') einer identisch aufgebauten zweiten Brückenschaltung (8) galvanisch verbunden und bildet einen ersten Gleichstromausgang (13) des Umkehrstromrichters. In gleicher Weise wird der positive Anschlußpunkt (12) der ersten Brückenschaltung (7) mit dem negativen Anschlußpunkt (11') der zweiten Brückenschaltung (8) verbunden und stellt einen zweiten Gleichstromausgang (14) des Umkehrstromrichters dar. Die Stromflußrichtung durch einen an diese beiden Gleichstromausgänge (13,14) angeschlossenen Gleichstromkreis (15) hängt nun davon ab, welche der beiden, antiparallel zusammengeschalteten Brückenschaltungen (7, 8) angesteuert wird, was mit der bekannten Einschaltreihenfolge für die Ventile geschieht, die der Reihenfolge ihrer Bezeichnung entspricht. Durch die bekannte, hier nicht dargestellte Impulssperreinrichtung ist dafür zu sorgen, daß nur jeweils eine Brückenschaltung (7) oder (8), angesteuert sein kann und die Impulse für die jeweils andere Brückenschaltung gesperrt sind. Die Umschaltung darf erst dann erfolgen, wenn durch eine sogenannte Stromnullmeldungseinrichtung das Abklingen des im Gleichstromkreis (15) fließenden Stromes auf den Wert Null festgestellt wird.

Es ist also durch wahlweise Ansteuerung einer der beiden Brückenschaltungen (7, 8) möglich, im Gleichstromkreis (15) Stromfluß in entgegengesetzten Richtungen zu bewirken, der etwa bei Anordnung eines Antriebes in diesem Kreis vier Betriebszustände ermöglicht, nämlich Antreiben und Bremsen in je zwei Drehrichtungen. Für jeden dieser Betriebszustände erfolgt der Stromfluß nur durch jeweils eine der beiden Brückenschaltungen (7,8), sodaß in dieser die gesamte Verlustleistung und somit Verlustwärme auftritt. Für geringere Stromstärken im Gleichstromkreis, die derzeit etwa bis zur Größenordnung von 100 A gehen, kann ein derartiger Umkehrstromrichter vorteilhaft aus zwei handelsüblichen Kompaktbrücken aufgebaut werden. Bei derartigen Kompaktbriicken sind alle Ventile in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Sie sind optimal wärmeleitend auf einer großen isolierten Bodenplatte des Gehäuses befestigt, untereinander verdrahtet und die erforderlichen Anschlüsse sind an Schraub- bzw. Steckanschlüsse herausgeführt, die am Kunststoff-Gehäusedeckel angeordnet sind. Es sind dies im speziellen drei Schraubklemmen für die Drehstromanspeisung und zwei Schraubklemmen für die Speisepunkte des Gleichstromkreises sowie sechs Flachstecker für die Steuerleitungen. Diese Kompaktbrücken haben den Vorteil, daß jeder anwenderseitige Verdrahtungsaufwand entfällt und zur Befestigung auf einem einzigen Kühlkörper lediglich zwei Schrauben »forderlich sind.

Das oben bezüglich der ungleichen Verlustwärmeverteilung gesagte gilt selbstverständlich auch hier. Herstellerseitig werden die Nennstromstärken für eine Gehäusetemperatur von 84 °C angegeben, wobei diese Temperatur bei Nennstromstärke und einem gesamten thermischen Widerstand des Gehäuses von 0,141 °C/W auftritt.

Der Erfindungsgedanke liegt nun darin, in jedem Betriebszustand je eine Hälfte der zwei Kompaktbrücken und zwar je eine positive und je eine negative Sternschaltung gemeinsam gleichzeitig zur Stromführung heranzuziehen und dadurch die gesamte auftretende Verlustleistung bzw. Verlustwärme gleichmäßig, je zur Hälfte, auf die beiden Kompaktbriicken aufzuteilen. Da in jeder Kompaktbrücke die Hälfte der augenblicklichen Gesamtverlustleistung auftritt und zur Abfuhr der dabei entstehenden Verlustwärme zwei parallele Wärmeleitstrecken zur Verfügung stehen, tritt »st bei höheren Lastströmen die erlaubte Gehäusetemperatur auf, sodaß der erfindungsgemäße Umkehrstromrichter mit einer Stromstärke belastet werden darf, die beträchtlich über der Nennstromstärke der verwendeten Kompaktbriicken liegt. Da auch bei jedem Betriebszustand der durch das Fließen eines Laststromes gekennzeichnet ist, jede der beiden Kompaktbriicken stromführend ist, tritt in diesen kein so starkes Temperaturspiel auf, wie bei der herkömmlichen Anordnung, bei der ja immer eine Kompaktbrücke stromführend und die andere Kompaktbriicke stromlos ist Dieser Umstand wirkt sich vorhersehbar günstig auf die Lebensdauer aus.

Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist ohne wesentlichen zusätzlichen Schaltungsaufwand lediglich durch Schaltungsänderungen zu realisieren, wie aus Fig. 2 erkennbar ist. So sind bei der ersten Kompaktbrücke (7) der positive Anschlußpunkt (12) für die Gleichspannung und der negative Anschlußpunkt (11) für die Gleichspannung zusammengeschaltet und bilden den ersten Gleichspannungsanschlußpunkt (16). Analog sind bei der zweiten Kompaktbrücke (8) der positive Anschlußpunkt (12') für die Gleichspannung und der negative Anschlußpunkt (11') für die Gleichspannung zusammengeschaltet und bilden den zweiten Gleichspannungsanschlußpunkt (17).

Außerdem »folgt eine Änderung bei d» Ansteuerung eines Teiles der Ventile, wobei die Steu»leitungen, die zur Übertragung d» Zündimpulse, die von einer hi» unter dem Begriff Steuersatz zusammengefaßten Einrichtung (18) erzeugt w»den, an die Steuerelektroden d» Ventile dienen, für zwei gleich definierte Halbbrücken vertauscht werden. So ist dies im Beispiel für die Steuerleitungen der Ventile d» positiven Brückenhälften vorgenommen. -3-

Claims (2)

1. AT 395 793 B Die Steuerleitungen (21, 23, 25), die in Fig. 1 als zu den Steuerelektroden der Ventile (1, 3, 5), der positiven Brückenhälfte (10) der ersten Kompaktbrücke (7) führend gezeichnet sind, führen nunmehr (Fig.
2. 2) zu den Steuerelektroden der Ventile (Γ, 3', 5'), der positiven Brückenhälfte (10') der zweiten Kompaktbrücke (8). Analog führen die Steuerleitungen (31, 33, 35), die in Fig. 1 als zu den Steuerelektroden der Ventile (Γ, 3', 5'), der positiven Brückenhälfte (10') der zweiten Kompaktbrücke (8) führend gezeichnet sind, nunmehr (Fig. 2) zu den Steuerelektroden der Ventile (1,3,5), der positiven Brückenhälfte (10) der ersten Kompaktbrücke (7). Dies soll in Fig. 2 auch durch die überkreuzte Linienführung für die entsprechenden Leitungsstränge hervorgehoben werden. Durch Schraffur der an der Stromführung beteiligten Ventile · für eine Stromrichtung · wird der durch die Erfindung erzielte Effekt, nämlich die gleichmäßige Aufteilung der Verlustleistung auf die beiden Kompaktbrücken unmittelbar anschaulich. Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung mit gleicher Wirkung anstelle der hier dargestellten Vertauschung der Ansteuerleitungen für die Ventile der positiven Brückenhälften (10, 10'), die Ansteuerleitungen für die Ventile der negativen Brückenhälften (9,9'), der Kompaktbrücken (7, 8), in der beschriebenen Weise vertauscht worden. PATENTANSPRUCH Schaltungsanordnung für Umkehrstromrichter mit zwei Kompakt-Drehstrombrücken in Gegenparallelschaltung, wobei bei jeder Kompakt-Drehstrombrücke, die in herkömmlicher Weise je eine aus jeweils drei Ventilen bestehende, als positiv und negativ definierbare dreipulsige Sternschaltung aufweist, die über den Gleichstromkreis in Reihe schaltbar sind, alle Ventile in einem Gehäuse angeordnet und mit dessen isolierter Bodenplatte optimal wärmeleitend verbunden sind und die Anschlußpunkte für den Drehstrom, die beiden Stempunkte als Anschlußpunkte für den Gleichstrom und die Anschlußpunkte für die Ansteuerleitungen an Gehäuseklemmen geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder der beiden Kompaktbrücken (7, 8) die Sternpunkte an ihren Gehäuseklemmen (11, 12 bzw. 11', 12') in an sich bekannter Weise zusammengeschaltet sind und einen Gleichspannungs-Anschlußpunkt (16, 17) bilden und daß für jede Stromrichtung die Ventile (1, 3, 5 bzw. 1’, 3', 5') der positiven Sternschaltung (10, 10') einer der beiden Kompaktbrücken (7, 8) zusammen mit den Ventilen (2,4, 6 bzw. 2', 4', 6') der negativen Sternschaltung (9,9’) der jeweils anderen Kompaktbrücke (8,7) in der bekannten Zündreihenfolge angesteuert sind. Hiezu 1 Blatt Zeichnung