CH631033A5

CH631033A5 - Circuit arrangement for switching and setting a DC voltage

Info

Publication number: CH631033A5
Application number: CH947478A
Authority: CH
Inventors: Hans-Christoph Prof Skudellny; Wolfgang Lienau; Adolf Mueller-Hellmann
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1977-09-17
Filing date: 1978-09-11
Publication date: 1982-07-15
Also published as: FR2403681A1; FR2403681B1; DE2742010A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung In Fig. 1 ist die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung zum Schalten und Stellen von Gleichspannung, wobei ein zum Schalten und Stellen von Gleichspannung dargestellt. Eine steuerbares Halbleiterventil als Hauptventil zwischen einer Gleichspannungsquelle 1 liegt zwischen den Eingangsklemmen Last und einer Gleichspannungsquelle angeordnet, eine 30 2 und 3 der Schaltungsanordnung. Die Ausgangsklemmen 4 The invention relates to a circuit arrangement. FIG. 1 shows the circuit arrangement according to the invention for switching and setting DC voltage, one for switching and setting DC voltage being shown. A controllable semiconductor valve as a main valve between a DC voltage source 1 is arranged between the input terminals load and a DC voltage source, a 30 2 and 3 of the circuit arrangement. The output terminals 4

Löscheinrichtung mit einem Löschkondensator für das Steuer- und 5 sind mit einer Last 6 beschaltet. Die Eingangsklemme 2 bare Hauptventil vorgesehen und der Last ein steuerbares ist über die beiden in Reihe geschalteten Stromrichterventile, Quenching device with a quenching capacitor for the control and 5 are connected to a load 6. The input terminal 2 bare main valve is provided and the load is controllable via the two converter valves connected in series,

Freilaufventil zugeordnet ist. das steuerbare Hauptventil, Thyristor T1 und das steuerbare Freewheel valve is assigned. the controllable main valve, thyristor T1 and the controllable

Als Anwendungsgebiete der erfindungsgemässen Schal- Hilfsventil, Thyristor T3, mit der Ausgangsklemme 4 verbun-tungsanordnung kommen sowohl Kleinantriebe und batterie- 35 den. Die Eingangsklemme 3 ist direkt der Ausgangsklemmme 5 gespeiste Verbraucher als auch Bahnantriebe in Betracht. zugeführt, zwischen den beiden Ausgangklemmen 4 und 5 ist Fields of application of the switching auxiliary valve according to the invention, thyristor T3, with the output terminal 4 connecting arrangement are both small drives and battery 35. The input terminal 3 is directly the output terminal 5 fed consumers as well as rail drives. is supplied between the two output terminals 4 and 5

Aus der DT-OS 23 46 180 ist eine derartige Gleichstrom- die Serienschaltung eines steuerbaren Freilaufventils, eines stellerschaltung zur Impulssteuerung der Spannung eines Thyristors T2, mit einem nicht steuerbaren Freilauf-Hilfsventil, From DT-OS 23 46 180 such a direct current is the series connection of a controllable freewheel valve, an actuator circuit for pulse control of the voltage of a thyristor T2, with a non-controllable freewheel auxiliary valve,

induktiv behafteten Verbrauchers bekannt, bei der ein Steuer- einer Diode Dl, angeordnet. Zwischen den gemeinsamen bares Hauptventil zwischen dem Verbraucher und einer 40 Anschlusspunkten der jeweils in Reihe geschalteten Strom-Gleichspannungsquelle angeordnet ist und die eine dem Haupt- richterventile T1 und T3 bzw. D1 und T2 liegt der Löschkonventil parallelgeschaltete Löscheinrichtung aufweist, die aus densator C. known inductive consumer, in which a control of a diode Dl arranged. Between the common main valve between the consumer and a 40 connection points of the series-connected current direct voltage source is arranged and which is one of the main rectifier valves T1 and T3 or D1 and T2, the extinguishing valve has an extinguishing device connected in parallel, which consists of capacitor C.

der Reihenschaltung eines Löschkondensators mit mindestens Die an der Gleichspannungsquelle 1 anliegende Spannung einem steuerbaren Löschventil besteht. Des weiteren ist dem ist mit Ue, die Spannungen an den Thyristoren TI, T2 und T3 Verbraucher ein steuerbares Freilaufventil zugeordnet, das 45 sind mit UT1, UT2 und UT3, die Spannungen an der Diode Dl, am dann zündbar ist, wenn die Spannung am Löschkondensator Kondensator C und zwischen den Ausgangsklemmen 4 und 5 einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, der über dem sind mit UD1, Uc und Ua bezeichnet. Der durch den Thyristor T3 Gleichspannungswert der Gleichspannungsquelle und unter fliessende Strom, der zugleich den Eingangsstrom der Schal-dem der Durchbruchspannung des Hauptventils liegt. tung darstellt, ist mit IT3, die Ströme durch Tl, T2, Dl und C sind the series connection of an extinguishing capacitor with at least the voltage present at the DC voltage source 1 consists of a controllable extinguishing valve. Furthermore, with Ue, the voltages at the thyristors TI, T2 and T3 consumers are assigned a controllable freewheel valve, the 45 with UT1, UT2 and UT3, the voltages at the diode Dl, are then ignitable when the voltage at Quenching capacitor capacitor C and between the output terminals 4 and 5 exceeds a predetermined limit, which are denoted by UD1, Uc and Ua. The DC voltage value of the DC voltage source and the current flowing through the thyristor T3, which is at the same time the input current of the switch and the breakdown voltage of the main valve. device is with IT3, which are currents through T1, T2, DI and C.

Diese bekannte Schaltungsanordnung hat den Nachteil, 50 mit IT1, IT2, IDi und Ic sowie der ausgangsseitige Strom mit Id dass sie auf induktive Verbraucher beschränkt und für Verbrau- gekennzeichnet. This known circuit arrangement has the disadvantage of 50 with IT1, IT2, IDi and Ic and the current on the output side with Id that it is limited to inductive consumers and is marked for consumption.

eher mit Gegenspannung ungeeignet ist. In den Fig. 2a, 2b, 2c sowie 3a, 3b und 3c sind die den Funk- rather unsuitable with counter voltage. 2a, 2b, 2c and 3a, 3b and 3c are the radio

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache tionsablauf der Schaltung darstellenden zeitabhängigen Ver-Gleichstromstellerschaltung mit lastabhängiger Kommutie- läufe der Ströme Id und Ic, IT) und IT2, IT3 und IDI sowie der Span-rung zu entwickeln, die auch für Verbraucher mit Gegenspan- 55 nungen Ua und Uc, UTi und UT2, UT3 und UD1 gezeigt. Zum Zeit-nung geeignet ist. punkt ti wird der Thyristor T2 gezündet und bleibt während des The invention has for its object to develop a simple tion sequence of the circuit representing time-dependent DC chopper circuit with load-dependent commutation runs of the currents Id and Ic, IT) and IT2, IT3 and IDI as well as the voltage, which also for consumers with opposing chip - 55 solutions Ua and Uc, UTi and UT2, UT3 and UD1 shown. Is suitable at the time. At point ti the thyristor T2 is ignited and remains during the

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass Zeitraumes ti <t<t3 im leitenden Zustand. Zum Zeitpunkt h ein steuerbares Hilfsventil in Serie zu und gleichgerichtet mit erfolgt die Zündung des Thyristors Tl, der dann im Zeitraum dem steuerbaren Hauptventil sowie ein Freilauf-Hilfsventil in t3<t<ti' leitet. Schliesslich wird zum Zeitpunkt t» der Thyristor Serie zu und gleichgerichtet mit dem steuerbaren Freilaufventil 60 T3 gezündet, der sich dann während des Zeitraumes t4<t<t2' angeordnet sind, und dass der Löschkondensator zwischen den im Durchlassbetrieb befindet. In bezug zur Löscheinrichtung Verbindungspunkten von steuerbarem Hilfsventil und Steuer- können die Stromrichterventile T3 und Dl als Sperrventile barem Hauptventil einerseits sowie steuerbarem Freilaufventil angesehen werden. According to the invention, this object is achieved in that the time period ti <t <t3 in the conductive state. At the point in time h, a controllable auxiliary valve is closed in series and rectified with, the thyristor Tl is fired, which then conducts the controllable main valve and a freewheel auxiliary valve in t3 <t <ti 'in the period. Finally, at time t 'the thyristor series is ignited and rectified with the controllable freewheel valve 60 T3, which is then arranged during the period t4 <t <t2', and that the quenching capacitor is between those in pass mode. With regard to the extinguishing device, connecting points of the controllable auxiliary valve and control valve, the converter valves T3 and Dl can be regarded as check valves with a bare main valve and a controllable free-wheel valve.

und Freilauf-Hilfsventil andererseits liegt, wobei das steuerbare Während der Freilaufphase t2<t<t3 befinden sich bei einge-Freilaufventil mittels der zum steuerbaren Hauptventil zugehö- 65 schwungenem Zustand die beiden Thyristoren Tl und T3 im rigen Löscheinrichtung mit Löschkondensator löschbar ist. sperrenden und Thyristor T2 im leitenden Zustand. Der ausin einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist das Freilauf- gangsseitige Gleichstrom Id fliesst durch die Diode Dl (Strom Hilfsventil steuerbar ausgeführt. ID1), den Thyristor T2 (Strom IT2) und die Last 6 weiter. Über and freewheel auxiliary valve, on the other hand, the controllable during the freewheeling phase t2 <t <t3, when the freewheel valve is switched on, the two thyristors T1 and T3 are extinguishable with the extinguishing capacitor by means of the swung state associated with the controllable main valve. blocking and thyristor T2 in the conductive state. In a further embodiment of the invention, the freewheeling side direct current Id flows through the diode D1 (current auxiliary valve controllable. ID1), the thyristor T2 (current IT2) and the load 6. over

dem Thyristor Tl liegt als positive Sperrspannung der Wert UC0(Fig. 3a) der Kondensatorspannung Uc. Dieser Wert Uco ist gleich der Spannung Ue zwischen den Eingangsklemmen 2 und 3. the thyristor T1 is the positive blocking voltage of the value UC0 (Fig. 3a) of the capacitor voltage Uc. This value Uco is equal to the voltage Ue between the input terminals 2 and 3.

Die Kommutierung des Stromes Id aus dem Freilaufkreis Last 6 -Dl - T2 in den Kreis mit der Gleichspannungsquelle 1 läuft in zwei Schritten ab. Zunächst wird zum Zeitpunkt t3 der Thyristor Tl gezündet. Der Strom Id kommutiert sofort in den aus Last 6 - Dl - C - Tl bestehenden Kreis. Die Änderung der Kondensatorspannung Uc wird durch den ausgangsseitigen Gleichstrom Id bestimmt. Sobald die Polarität der Kondensatorspannung Uc sich gegenüber der des Ausgangszustandes geändert hat und der dabei auftretende Spannungswert Uci "*> Ue ausreicht, um eine sichere Kommutierung des ausgangsseitigen Gleichstromes Id aus dem Zweig mit dem Thyristor Tl in den Zweig mit dem Thyristor T3 zu gewährleisten, wird der Thyristor T3 gezündet. Der Strom Id kommutiert dann sofort aus dem Kreis Last 6 - Dl - C - Tl in den Kreis Last 6 -Gleichspannungsquelle 1 - T3 - Tl. The commutation of the current Id from the freewheeling circuit load 6 -Dl - T2 into the circuit with the DC voltage source 1 takes place in two steps. First, the thyristor T1 is ignited at the time t3. The current Id commutates immediately into the circuit consisting of load 6 - Dl - C - Tl. The change in the capacitor voltage Uc is determined by the direct current Id on the output side. As soon as the polarity of the capacitor voltage Uc has changed compared to that of the initial state and the voltage value Uci "*> Ue occurring is sufficient to ensure reliable commutation of the output-side direct current Id from the branch with the thyristor Tl into the branch with the thyristor T3, The thyristor T3 is ignited and the current Id commutates immediately from the circuit load 6 - Dl - C - Tl into the circuit load 6 - DC voltage source 1 - T3 - Tl.

Mit Hilfe einer geeigneten Steuereinrichtung kann die With the help of a suitable control device, the

3 631033 3 631033

Spannung Ucl am Kondensator C in Abhängigkeit vom ausgangsseitigen Gleichstrom Id so eingestellt werden, dass der Zeitraum ti<t<ts, während dem eine negative Sperrspannung Uji am Thyristor Tl anliegt, immer gleich der Schonzeit ts des 5 Thyristors Tl ist. Es wird in vorteilhafter Weise die lastabhängige Einstellung der Spannung Uc des Löschkondensators C erreicht. Im Zeitraum ti<t<t2 kommutiert der Gleichstrom Id zurück in den Freilauf und damit vom Kreis Last 6 - Gleichspannungsquelle 1 - T3 - Tl in den Kreis Last 6 - Dl - T2. io Die untere Aussteuerungsgrenze der Schaltungsanordnung, die abhängig ist vom kleinsten ausgangsseitigen Gleichstrom Id und dem Spannungshub am Kondensator A Uc = /Uco/ +/Uci /, kann durch die konstante Schonzeit ts günstiger ausgelegt werden. Voltage Ucl at capacitor C is set as a function of the output-side direct current Id such that the period ti <t <ts during which a negative blocking voltage Uji is present at thyristor Tl is always the same as the gentle time ts of 5 thyristor Tl. The load-dependent setting of the voltage Uc of the quenching capacitor C is advantageously achieved. In the period ti <t <t2, the direct current Id commutates back into the freewheel and thus from the circuit load 6 - direct voltage source 1 - T3 - Tl into the circuit load 6 - Dl - T2. io The lower modulation limit of the circuit arrangement, which is dependent on the smallest output-side direct current Id and the voltage swing at the capacitor A Uc = / Uco / + / Uci /, can be designed more favorably due to the constant gentle time ts.

i5 Vom Prinzip her ist die erfindungsgemässe Schaltung nicht auf induktive Verbraucher beschränkt. Das Hauptanwendungsgebiet sind ohmsche Verbraucher und Verbraucher mit Gegenspannung. Falls ein geglätteter Ausgangsstrom erwünscht ist, kann eine Glättungsdrossel zwischen Verbraucher und Gleich-20 stromstellerschaltung angeordnet werden. i5 In principle, the circuit according to the invention is not limited to inductive loads. The main area of application is ohmic consumers and consumers with counter voltage. If a smoothed output current is desired, a smoothing choke can be arranged between the consumer and the direct current regulator circuit.

G G

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

631033 2 PATENT CLAIMS Due to the fact that the controllable main valve belongs

1. Circuit arrangement for switching and setting and controllable freewheel valve for common extinguishing direct voltage, whereby a controllable semiconductor valve as a direction with an extinguishing capacitor can alternate the main valve between a load and a direct voltage one of these valves in the master and the other in the blocking valve -source arranged, an extinguishing device can be offset with an extinguishing con- stant.

provided for the controllable main valve and the As controllable valves can preferably thyristors than

Load is assigned to a controllable free-wheel valve, therefore non-controllable valves diodes are used,

characterized in that a controllable auxiliary valve (T3) in series. On the one hand, the advantages achievable with the invention, in particular and in the same direction as the controllable main valve (T1), consist in the fact that only one particularly simple and one free-running auxiliary valve (DI) are in series and rectified io extinguishing device without inductance is necessary. On the other hand, with the controllable freewheel valve (T2), because of the controllable and erasable freewheel valve, the and that the extinguishing capacitor (C) between the connection, firing and extinguishing sequence of the controllable main valve can be selected as points of the controllable auxiliary valve (T3) and become controllable that there is a load-dependent commutation, main valve (T1) on the one hand and controllable free-wheel valve which is due to the stress on the circuit with (T2) and free-wheel auxiliary valve (DI) on the other hand, which is different loads is very advantageous. Finally, controllable free-wheel valve (T2) can be used to control the suitability of the circuit arrangement according to the invention.

Main valve (T1) associated extinguishing device with extinguishing ability for consumers with counter voltage from large pre-capacitor (C) can be extinguished. part.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that one exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing in which the freewheel auxiliary valve (DI) is designed so as to be controllable. Show it:

is. Fig. 1, the circuit arrangement according to the invention for

Switching and setting of DC voltage;

2a to 2c the time dependencies of the currents Id, Ic entered in FIG. 1; IT1, IT2; IT3> Idi and 25 FIGS. 3a to 3c the time dependencies of the voltages Ua, Uc entered in FIG. 1; UTi, UT2; UT3, UD1.