CH646019A5 - Rectifier arrangement - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleich- 20 richteranordnung zu schaffen, die geeignet ist, die höheren harmonischen Ströme zu verringern, ohne dass die Verwendung kostspieliger Einrichtungen oder Schaltungselemente erforderlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung die im 25 Patentanspruch 1 definierte Gleichrichteranordnung geschaffen worden. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Schaltung der einfachsten möglichen Gleich- 30 richteranordnung mit zwei Gleichrichterkreisen, bei denen die Erfindung anwendbar ist:

Fig. 2 Wellenformen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Gleichrichteranordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung 35 der Beziehung zwischen einem äquivalenten Störstrom und der Phasendifferenz;

Fig. 4A und 4B jeweils Wellenformen zur Erläuterung der Wirkungsweise einer erfindungsgemässen Gleichrichteranordnung; 40

Fig. 5 die Schaltung einer weiteren Ausführungsform einer Gleichrichteranordnung nach der Erfindung;

Fig. 6 die Schaltung einer weiteren erfindungsgemässen Gleichrichteranordnung;

Fig. 7 Wellenformen zur Erläuterung der Wirkungsweise 45 der Ausführungsform nach Fig. 6;

Fig. 8 und 9 jeweils die Schaltung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 den Aufbau einer Versuchsschaltung mit einer erfindungsgemässen Gleichrichteranordnung; und 50

Fig. 11 eine graphische Darstellung der Grösse der äquivalenten Störströme, die mit Hilfe der Versuchsschaltung nach Fig. 10 gemessen wurden.

In Fig. 1 ist die einfachste mögliche Gleichrichteranordnung mit mehreren Gleichrichterkreisen dargestellt, bei der 55 eine einzige Wechselstromquelle mit der Primärwicklung eines Transformators 2 verbunden ist; die Sekundärwicklung des Transformators 2 ist in zwei Teile unterteilt, an die steuer-bzw. regelbare Gleichrichter 31 und 32 angeschlossen sind. Die Gleichrichter 31 und 32 sind auf ihrer Gleichstromseite 60 jeweils mit Gleichstromkreisen verbunden, wobei zu dem einen Kreis eine Glättungsdrossel 41 und ein Gleichstrommotor 51 gehören, während der andere Kreis aus einer Glättungsdrossel 42 und einem Gleichstrommotor 52 besteht. Bei 61 und 62 ist in Fig. 1 der Blindwiderstand der beiden Sekun- 65 därwicklungen des Transformators 2 bzw. der damit in Reihe geschalteten Drosseln angedeutet. Zu dem regelbaren Gleichrichter 31 gehören zwei Thyristoren T1 und T2 sowie Dioden

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Dl und D2, die eine Brückenschaltung bilden, während zu dem regelbaren Gleichrichter 32 zwei Thyristoren T3 und T4 sowie Dioden D3 und D4 gehören, die ebenfalls eine Brük-kenschaltung bilden. Gemäss Fig. 1 sind somit bei der Gleichrichteranordnung zwei Gleichrichterkreise vorhanden. Durch eine entsprechende Regelung des Zündwinkels al der Thyristoren T1 und T2 sowie des Zündwinkels a2 der Thyristoren T3 und T4 der beiden Gleichrichterkreise ist es möglich, die zugehörigen Gleichstrommotoren 51 und 52 zu steuern.

Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen den genannten Zündwinkeln und den Wellenformen des Primärstroms. In Fig. 2 bezeichnet il 1 eine Komponente des Primärstroms, die von dem ersten regelbaren Gleichrichter 31 herrührt, und il2 eine weitere von dem zweiten regelbaren Gleichrichter 32 herrührende Komponente; il bezeichnet einen tatsächlichen Primärstrom der gleich der Summe der soeben genannten Komponenten ist, und v bezeichnet eine zugeführte Wechselspannung. Wenn zwei Gleichrichterkreise der in Fig. 1 dargestellten Art in Zusammenarbeit eine einzige Last speisen, wie es vorstehend bezüglich elektrischer Fahrzeuge beschrieben ist, werden sie gewöhnlich so betrieben, dass sie die gleiche Leistung liefern. Bei einer solchen Anordnung liegt es nahe, die beiden Zündwinkel nahezu gleich gross zu machen. In Fig. 2 sind die Zündwinkel al und a2 gegeneinander versetzt dargestellt; auf das Verfahren, mittels dessen diese Verschiebung herbeigeführt wird, wird im folgenden näher eingegangen.

Jede der in Fig. 2 dargestellten Stromwellenformen weist in der Mitte eine Abflachung auf. Diese Abflachung ist auf die Wirkung der Glättungsdrosseln 41 und 42 zurückzuführen.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für Messungen, der Beziehung zwischen dem äquivalenten Störstrom Ip und dem Ausmass der Versetzung der Zündwinkel al und a2 gegeneinander. Genauer gesagt zeigt Fig. 3 eine Veränderung des äquivalenten Störstroms Ip für den Fall, dass der erste Zündwinkel al festliegt, während der zweite Zündwinkel 2 in der Nähe des Wertes von al variiert wird. Gemäss Fig. 3 hat der äquivalente Störstrom Ip sein Maximum dann, wenn a2 gleich al ist, und dieser Wert verkleinert sich innerhalb eines Bereichs, innerhalb dessen al und a2 nicht zusammenfallen. Zwar ist in Fig. 3 ein Beispiel dargestellt, bei dem al einen bestimmten Wert angenommen hat, doch gilt die Tatsache, dass der äquivalente Störstrom Ip bei jeder Verschiebung zwischen den beiden Zündwinkeln kleiner wird, für alle Werte von al. Soll eine Verschiebung zwischen den Zündwinkeln al und a2 der Gleichrichterkreise herbeigeführt werden, kommt hierfür ein Verfahren in Betracht, gemäss welchem die Amplitude der an den einen Gleichrichterkreis angelegten Spannung einen anderen Wert erhält als die Amplitude der an den anderen Gleichrichterkreis angelegten Spannung. Dies hat seinen Grund darin, dass dann, wenn die beiden den Gleichrichterkreisen entnommenen Gleichspannungen in der gleichen Weise geregelt werden, automatisch zwischen den beiden Zündwinkeln eine Verschiebung herbeigeführt wird, die dem Ungleichgewicht zwischen den angelegten Wechselspannungen entspricht.

Wenn jedoch mehrere Gleichrichterkreise in Zusammenarbeit eine einzige Last steuern, wobei es bis jetzt üblich ist, Gleichrichterkreise zu verwenden, die mit der gleichen Betriebsspannung o.dgl. arbeiten, hat jeder Gleichrichterkreis die gleiche Betriebsspannung, die der maximalen Amplitude der angelegten Wechselspannungen entspricht, und es ist unwirtschaftlich, solche Gleichrichterkreise zu verwenden.

Angesichts dieser Tatsache wird gemäss der Erfindung dafür gesorgt, dass die Überlappungswinkel bei der Kommuta-tion unterscheiden; zu diesem Zweck wird die gleiche Wechselspannung an die Gleichrichterkreise angelegt, und für den Blindwiderstand auf der Wechselspannungsseite der Gleichrichterkreise werden unterschiedliche Werte festgelegt; diese

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unterschiedlichen Überlappungswinkel führen dann zu der erwähnten Verschiebung zwischen den Zündwinkeln.

Im folgenden werden mehrere Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert.

Man erhält die einfachste Ausführungsform der Erfin- 5 dung, wenn man dafür sorgt, dass sich der Wert des Blindwi-, derstandes 61 auf der Wechselspannungsseite des ersten Gleichrichterkreises vom Wert des Blindwiderstandes 62 auf der Wechselspannungsseite des zweiten Gleichrichterkreises bei der Gleichrichteranordnung nach Fig. 1 unterscheidet. Es i0 stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, um den Blindwiderständen solche unterschiedliche Werte zu geben. Beispielsweise kann man Drosseln mit unterschiedlichen Werten des Blindwiderstandes an die Klemmen eines Transformators anschliessen, oder man kann zwei Sekundärwicklungen des 15 Transformators auf unterschiedliche Weise in magnetischer Kopplung zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators anordnen.

Fig. 4A und 4B zeigen verschiedene Wellenformen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Gleichrichteranordnung 2o nach Fig. 1. In Fig. 4A und 4B haben die Bezugszeichen v, il 1, il2 und il die gleiche Bedeutung wie in Fig. 2. Ferner bezeichnet al den Zündwinkel des ersten regelbaren Gleichrichters 31, ul den Überlappungswinkel bei der Kommutation des ersten Gleichrichters, der sich bei dessen Zündung ergibt, 25 a2 den Zündwinkel des zweiten Gleichrichters 32 und u2 den Überlappungswinkel der Kommutation des zweiten Gleichrichters. Es sei bemerkt, dass bei der Gleichrichteranordnung nach Fig. 1 gleichgerichtete Spannungen der Gleichrichter 31 und 32 in dem Zeitpunkt erscheinen, in dem die Kommuta- 30 tion beendet wird. Wenn mehrere Gleichrichterkreise in Zusammenarbeit eine einzige Last speisen, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, werden einerseits gewisse zusätzliche Einrichtungen zur Regelung der Ausgangsleistung verwendet, um die Ausgangsleistungen der Gleichrichterkreise aufeinander abzu- 35 stimmen. Bei einer solchen Anordnung entsprechen der Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung des einen Gleichrichters dem Ausgangsstrom und der Aussgangsspannung des anderen Gleichrichters. Aus dem genannten Grund sei angenommen, dass die Kommutation bei beiden geregelten 40 Gleichrichtern gleichzeitig endet. Da andererseits die Drosseln 61 und 62 auf der Wechselspannungsseite der Gleichrichterkreise unterschiedliche Werte haben, unterscheiden sich die Überlappungswinkel ul und u2 bei der Kommutation, und daher unterscheiden sich auch die Zündwinkel al und a2 der 45 beiden Gleichrichterkreise notwendigerweise voneinander. Fig. 4A veranschaulicht dies. Gemäss Fig. 4A erhält der ansteigende Teil A des Primärstroms il dadurch eine geringe Neigung, dass unterschiedliche Zündwinkel al und a2 gewählt werden, so dass die höheren harmonischen Komponen- 50 ten, die im Primärstrom enthalten sind, verringert werden können. Ausserdem liefert schliesslich jeder Gleichrichterkreis eine maximale Ausgangsleistung. In diesem Zeitpunkt werden die Zündwinkel der beiden Gleichrichter auf Null verkleinert, so dass sie einander gleich sind. Jedoch werden die 55 höheren harmonischen Komponenten nicht vergrössert, da sich die Überlappungswinkel ul und u2 bei der Kommutation voneinander unterscheiden. Fig. 4B zeigt die in diesem Zeitpunkt hervorgerufene Wirkung, d.h. die Tatsache, dass, obwohl die Zündwinkel a 1 und a2 den gleichen Wert haben, 60 der ansteigende Abschnitt B der den Primärstrom il wiedergebenden Kurve eine geringe Neigung hat, und dass die höheren harmonischen Komponenten verkleinert werden, da sich die Überlappungswinkel ul und u2 bei der Kommutation unterscheiden, und da zum Erreichen des Stroms Null als Folge 65 der Umkehrung der Polarität der angelegten Spannung bei den beiden Gleichrichterkreisen verschieden lange Zeitspannen benötigt werden.

Da bei der Ausführungsform nach Fig. 1, wie erwähnt, zwischen den den Gleichrichterkreisen zugeführten Wechselspannungen kein Unterschied vorhanden ist, kann man die höheren harmonischen Ströme verkleinern, ohne dass es erforderlich ist, kostspielige Einrichtungen oder Schaltungselemente vorzusehen.

Vorstehend wurde beschrieben, dass die Zündwinkel al und a2 dadurch unterschiedliche Werte erhalten, dass gewisse Einrichtungen zum Regeln der Ausgangsleistung vorhanden sind, und dass die höheren harmonischen Komponenten verkleinert werden können. Gemäss der Erfindung ist es jedoch möglich, die höheren harmonischen Komponenten zu verkleinern, indem man für die Überlappungswinkel ul und u2 bei der Kommutation verschiedene Werte wählt, und zwar selbst dann, wenn beide Zündwinkel al und a2 den Wert Null haben, d.h. einander gleich sind. Jedoch ist die Erfindung auch bei Anordnungen anwendbar, bei denen keine Einrichtung zum Regeln der Ausgangsleistung vorhanden ist, z.B. bei einer Anordnung, bei der Diodenbrücken anstelle der geregelten Gleichrichter 31 und 32 verwendet werden.

Fig. 5 zeigt die Schaltung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, dass der Transformator 2 nach Fig. 1 in zwei getrennte Transformatoren 21 und 22 unterteilt ist, die beide mit ihrer Primärseite an die Wechselstromquelle 1 angeschlossen sind, so dass eine Parallelschaltung vorhanden ist, wobei die Transformatoren mit zugehörigen geregelten Gleichrichtern 31 und 32 auf der Sekundärseite verbunden sind. Die Bezugszahl 61 bezeichnet den Blindwiderstand zwischen dem Transformator 21 und dem Gleichrichter 31, während die Bezugszahl 62 den Blindwiderstand zwischen dem Transformator 22 und dem Gleichrichter 32 bezeichnet. Bei der Anordnung nach Fig. 5 lassen sich unschwer zwei getrennte Transformatoren verwenden, die sich bezüglich ihres inneren Blindwiderstandes unterscheiden. Wenn für die Blindwiderstände 61 und 62 unterschiedliche Werte dadurch festgelegt werden, dass man zwei getrennte Transformatoren mit unterschiedlichem inneren Blindwiderstand verwendet, lässt sich der durch die Erfindung ermöglichte Vorteil erzielen, ohne dass irgendwelche Drosseln ausserhalb der Transformatoren benötigt werden.

Fig. 6 zeigt die Schaltung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in Gestalt einer Gleichrichteranordnung, bei der jeder Gleichrichterkreis in mehrere regelbare Gleichrichter 311,321 bzw. 312 bzw. 322 unterteilt ist. Entsprechend ist auch die Sekundärwicklung, die mit jedem Gleichrichterkreis verbunden ist, in mehrere Teile unterteilt, so dass gemäss Fig. 6 ein erster und ein zweiter Gleichrichterkreis auf der linken bzw. der rechten Seite der Primärwicklung 200 des Transformators 2 vorhanden sind. Bei dem ersten Gleichrichterkreis sind regelbare Gleichrichter 311 und 321, die eine Reihenschaltung bilden, auf ihrer Gleichstromseite an einen Gleichstromkreis angeschlossen, zu dem eine Glättungsdrossel 41 und ein Gleichstrommotor 51 gehören. Ferner sind die Wechselspannungsklemmen der Gleichrichter 311 und 321 an die zugehörigen Sekundärwicklungen 211 und 221 angeschlossen. Beim zweiten Gleichrichterkreis sind regelbare Gleichrichter 312 und 322 in Reihe geschaltet und auf ihrer Gleichstromseite mit einem Gleichstromkreis verbunden, zu dem eine Glättungsdrossel 42 und ein Gleichstrommotor 52 gehören, Die Wechselstromklemmen dieser beiden Gleichrichter sind mit zugehörigen Sekundärwicklungen 212 und 222 verbunden. Die Primärwicklung 200 ist an eine nicht dargestellte Wechselspannungsquelle angeschlossen.

Bei einer solchen Schaltung wird die Phasenregelung gewöhnlich in der Weise durchgeführt, dass die Phasen der beiden regelbaren Gleichrichter jedes Gleichrichterkreises getrennt geregelt werden. Beispielsweise wird zuerst der Betrieb

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des Gleichrichters 311 und dann der Betrieb des Gleichrich- kreises mit derjenigen des rechten Gleichrichterkreises abge-

ters 321 nach der Beendigung der Regelung des Gleichrichters glichen, und eine Regelung bewirkt. Infolgedessen entstehen

311 geregelt. Ferner wird bei dem zweiten Gleichrichterkreis Unterschiede bezüglich der Überlappungswinkel bei der der Betrieb des Gleichrichters 312 zuerst geregelt, woraufhin Kommutation sowie zwischen den Zündwinkeln, und auf der Betrieb des Gleichrichters 322 nach der Beendigung der 5 diese Weise lassen sich die höheren harmonischen Kompo-

Regelung des Gleichrichters 312 geregelt wird. In diesem Fall nenten des Primärstroms verkleinern.

wird gemäss der Erfindung für den Blindwiderstand der Se- Fig. 8 zeigt die Schaltung einer weiteren Ausführungsform kundärwicklung 211 ein anderer Wert gewählt als für den der Erfindung, bei der es sich um eine Weiterbildung der Aus-Blindwiderstand der Sekundärwicklung 212, und auch der führungsform nach Fig. 6 handelt; gemäss Fig. 8 sind die Se-Blindwiderstand der Sekundärwicklung 221 erhält einen i0 kundärwicklungen 211 und 212 nach Fig. 6 zu einer einzigen Wert, der sich vom Blindwiderstand der Sekundärwicklung Sekundärwicklung vereinigt, und die Sekundärwicklungen 222 unterscheidet. Infolge der beiden Unterschiede zwischen 221 und 222 nach Fig. 6 sind ebenfalls zu einer einzigen Se-den Blindwiderständen ergeben sich natürlich unterschied- kundärwicklung vereinigt. Genauer gesagt sind die Wechselliche Kommutationszeitpunkte bei den beiden Gleichrichter- stromklemmen der Gleichrichter 311 und 312 an eine gemeinkreisen, so dass die höheren harmonischen Komponenten des 15 same Sekundärwicklung 210 und die Wechselstromklemmen durch die Stromquelle fliessenden Stroms verringert werden. der Gleichrichter 321 und 322 an eine gemeinsame Sekundär-Wenn zwei Gleichrichterkreise auf der linken und der rechten wicklung 221 angeschlossen. Im übrigen ist die Schaltung Seite in Zusammenarbeit eine einzige Last speisen, ist es er- nach Fig. 8 ebenso aufgebaut wie diejenige nach Fig. 6. Wenn wünscht, dass die beiden Gleichrichterkreise die gleiche Aus- bei dieser Schaltung die Gleichrichter 311 und 321 des linken gangsleistung liefern. In diesem Fall ist es empfehlenswert, 20 Gleichrichterkreises in der genannten Reihenfolge betätigt dafür zu sorgen, dass die beiden Gleichrichterkreise insgesamt werden, und wenn die Gleichrichter 322 und 312 des rechten den gleichen inneren Blindwiderstand haben, sich jedoch be- Gleichrichterkreises in der genannten Reihenfolge betätigt züglich der Kennlinien ihrer Blindwiderstände unterscheiden, werden, lässt sich die Anordnung nach Bedarf so steuern, Gemäss Fig. 6 werden die einander gegenüberliegenden Se- dass sich die beiden Sekundärwicklungen, die am Gleichrich-kundärwicklungen auf der linken und der rechten Seite so 25 ter angeschlossen sind, welche gleichzeitig gesteuert werden, ausgebildet, dass sie den gleichen inneren Blindwiderstand bezüglich ihres inneren Blindwiderstandes unterscheiden, so haben, und die oberen und unteren Sekundärwicklungen er- dass sich gemäss der Erfindung der vorstehend genannte Vorhalten verschiedene Werte des inneren Blindwiderstandes. teil erzielen lässt.

Genauer gesagt, wird der innere Blindwiderstand der Sekun- Fig. 9 zeigt die Schaltung einer weiteren Ausführungsform därwicklung 211 gleich demjenigen der Sekundärwicklung 30 der Erfindung in Gestalt einer Weiterbildung der Ausfüh-212 gemacht, und der innere Blindwiderstand der Sekundär- rungsform nach Fig. 6, bei der zusätzlich Drosseln 71 und 72 wicklung 221 erhält den gleichen Wert wie derjenige der Se- vorhanden sind, wobei dem Gleichrichter 311 die Drossel 71 kundärwicklung 222, während sich der innere Blindwider- zwischen den Tyristoren Tll und T21 zugeordnet ist, und wo-stand der Sekundärwicklung 211 vom inneren Blindwider- bei eine Mittelanzapfung der Drossel 71 an eine Klemme der stand der Sekundärwicklung 221 unterscheidet. Werden die 35 Sekundärwicklung 211 angeschlossen ist. Bei dem Gleichrich-Gleichrichter 311 und 321 des linken Gleichrichterkreises und ter 312 ist die Drossel 72 zwischen den Thyristoren T12 und die Gleichrichter 322 und 312 des rechten Gleichrichterkreises T22 angeordnet und mit den Thyristoren verbunden, und die in der genannten Reihenfolge gesteuert, unterscheiden sich je- Mittelanzapfung der Drossel 72 ist an eine Klemme der Se-weils zwei Sekundärwicklungen, die an zwei geregelte Gleich- kundärwicklung 212 angeschlossen. Bei dieser Schaltung un-richter angeschlossen sind, welche gleichzeitig gesteuert wer- 40 terscheiden sich die Drosseln 71 und 72 bezügüch ihres Blind-den, bezüglich ihres inneren Blindwiderstandes. Somit unter- Widerstandes. Bei dieser Schaltung wird die Phasenregelung scheiden sich der linke und der rechte Gleichrichterkreis aus in der nachstehend beschriebenen Weise durchgeführt. Bei konstruktiven Gründen bezüglich ihrer Kommutationszeit, dem Gleichrichterkreis auf der linken Seite wird eine Phasen-und es wird der Vorteil erzielt, dass die höheren harmoni- regelung nur bei dem Gleichrichter 311 durchgeführt, wäh-schen Komponenten des Stroms der Stromquelle verkleinert 45 rend der Gleichrichter 321 nach der Beendigung der Phasenwerden können. regelung ständig die maximale Ausgangsleistung liefert; da-

Fig. 7 zeigt die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 6 nach wird der Gleichrichter 311 erneut von seinem Ausgangsanhand der Primär- und Sekundarströme für den Fall, dass zustand aus gesteuert. Mit anderen Worten, nur der Gleich-die regelbaren Gleichrichter 311 und 321 beide die maximale richter 311 wird wiederholt einer Phasenregelung unterwor-Ausgangsspannung liefern, und dass die regelbaren Gleich- 50 fen, während der Gleichrichter 321 nach Bedarf ein- bzw. aus-richter 322 und 312 jeweils eine beliebige Ausgangsspannung geschaltet wird, und zwar entsprechend der beschriebenen erzeugen. In Fig. 7 bezeichnet il 11 den elektrischen Strom auf Phasenregelung. Ein solches Verfahren wird als «vernier der Wechselspannungsseite des Gleichrichters 311, il 12 den notch control system» bezeichnet. Eine derartige Regelung erelektrischen Strom auf der Wechselspannungsseite des folgt auch bei den Gleichrichtern 312 und 322 des Gleichrich-Gleichrichters 321, il21 den elektrischen Strom auf der Wech- 55 terkreises auf der rechten Seite. Bei der Durchführung einer selspannungsseite des Gleichrichters 322, il22 den elektri- solchen Regelung ergeben sich bei den Gleichrichtern 311 und sehen Strom auf der Wechselspannungsseite des Gleichrich- 312, bei denen eine Phasenregelung erfolgt, unterschiedliche ters 312, il den elektrischen Strom, der durch die Primärwick- Kommutationszeitpunkte. Somit werden die höheren harmo-lung 200 des Transformators 2 fliesst, und v die angelegte nischen Komponenten des durch die Stromquelle fliessenden Wechselspannung. Gemäss Fig. 7 arbeiten die beiden Gleich- 60 Stroms verkleinert. Bei der Schaltung nach Fig. 9 lässt sich richter 311 und 322 mit dem gleichen Zündwinkel Null, und der erfindungsgemässe Vorteil erzielen, solange sich die zu-sie erzeugen die maximale Spannung. Hierbei wird eine Ver- sätzlich verwendeten Drosseln 71 und 72 bezüglich ihres Schiebung A11 zwischen den Zeitpunkten bewirkt, in denen die Blindwiderstandes unterscheiden, und zwar selbst dann, Kommutation jeweils beendet wird. Gleichzeitig bewirken die wenn die Sekundärwicklungen untereinander den gleichen inGleichrichter 321 und 312 eine Regelung, und es erfolgt eine ss neren Blindwiderstand haben. Daher bietet die Ausführungs-Verschiebung At2 bezüglich des Zeitpunktes der Beendigung form nach Fig. 9 den zusätzlichen Vorteil, dass bei der Herder Kommutation, um die Verschiebung A ti auszugleichen. Stellung des Transformators 2 keine besonderen Faktoren be-Daher wird die Ausgangsleistung des linken Gleichrichter- rücksichtigt zu werden brauchen.

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Fig. 10 zeigt eine Versuchsschaltung, die geeignet ist, den Spannung des Gleichrichters 3130 übernommen. Danach wer-mit Hilfe der Erfindung erzielbaren Vorteil zu bestätigen, und den die Schalter S14, S15 und S16 nacheinander geschlossen, die als weitere Ausführungsform der Erfindung benutzbar ist. während die Ausgangsspannungen der Gleichrichter 311 und Zu dieser Schaltung gehören zwei voneinander unabhängige 3120 wiederholt geregelt werden. Wenn man dafür sorgt, dass Transformatoren 21 und 22, die parallelgeschaltet und auf 5 die Spannungen an jeder der Sekundärwicklungen 2140,2150 der Primärseite an eine Wechselspannungsquelle angeschlos- und 2160 doppelt so hoch werden wie die Spannung an der sen sind, und die auf der Sekundärseite mit getrennten regel- Sekundärwicklung 211 oder 2120, wird eine neunmalige Umbaren Gleichrichterkreisen verbunden sind, wobei die Anord- Schaltung durchgeführt, während der Gleichrichter 311 einer nung der in Fig. 5 dargestellten entspricht. Der Transforma- zehnmaligen Phasenregelung unterzogen wird. Ferner werden tor 21 weist Sekundärwicklungen 211 und 2120-2160 auf, i0 die Gleichrichter 321 und 3220-3260 sowie die Schalter während zu dem Transformator 22 Sekundärwicklungen 221 S22-S26 unter Einhaltung der genannten Beziehung zwischen und 2220-2260 gehören. Zu dem an den Transformator 21 den Spannungen bei den Sekundärwicklungen 221 und angeschlossenen Gleichrichterkreis gehören in Gestalt einer 2220-2260 des zweiten Gleichrichterkreises in der gleichen Reihenschaltung ein geregelter Gleichrichter 311, nicht regel- Weise betrieben wie bei dem ersten Gleichrichterkreis, und die bare Gleichrichter 3120-3160, eine Glättungsdrossel 41, ein 15 Phasenregelung wird ebenfalls beim zweiten Gleichrichter-Widerstand 81 und ein Gleichstrommotor 5. Zu dem an den kreis zehnmal wiederholt. Bei der Schaltung nach Fig. 10 ar-Transformator 22 angeschlossenen Gleichrichterkreis gehö- beiten die beiden Gleichrichterkreise, zu denen jeweils nur ein ren in Form einer Reihenschaltung ein regelbarer Gleichrich- regelbarer Gleichrichter gehört, auf vorteilhafte Weise wie ter 321, nicht regelbare Gleichrichter 3220-3260, eine Glät- zwei Gleichrichterkreise, von denen jeder zehn regelbare tungsdrossel 42, ein Widerstand 82 und der Gleichstrommo- 20 Gleichrichter aufweist, und ausserdem lassen sich die ge-tor 5. Der Gleichstrommotor ist den beiden Gleichrichterkrei- wünschten Ergebnisse mit einer einfachen Anordnung errei-sen gemeinsam zugeordnet. Da jedoch der innere Widerstand chen. Gemäss Fig. 10 unterscheiden sich die Transformatoren des Motors 5 erheblich kleiner ist als der Blindwiderstand je- 21 und 22 bezüglich ihres Blindwiderstandes, wenn sie jeweils des der Widerstände 81 und 82, kann angenommen werden, von dem betreffenden Paar von Sekundärwicklungen aus be-dass die Klemmenspannung des Gleichstrommotors 5 unab- 25 trachtet werden, d.h. von den Sekundärwicklungen 211 und hängig von der Stärke des durch den Motor 5 fliessenden 221,2120 und 2220,2130 und 2230 usw.

Stroms ist. Daher kann ferner angenommen werden, dass zu Bei der Schaltung nach Fig. 10, bei der die Wechselspan-

den beiden Gleichrichterkreisen unabhängige Gleichstrom- ' nungsquelle eine Spannung von 200 V liefert, erscheint eine kreise gehören, und dass diese Gleichrichterkreise eine Last in Spannung von 71V an jeder der Sekundärwicklungen 211, Zusammenarbeit speisen. In Fig. 10 ist eine durch den Motor 30 2120,221 und 2220 und eine Spannung von 142 V an jeder der 5 anzutreibende Last 9 dargestellt. Gemäss Fig. 10 sind die Sekundärwicklungen 2130-2160 sowie 2230-2260; mit Hilfe nicht regelbaren Gleichrichter 3120-3160 sowie 3220-3260 dieser Schaltung wurde ein Versuch durchgeführt, um einen mit den Transformatoren 21 und 22 durch Schalter S12-S16 konstanten Strom von 15 A für jeden Gleichrichterkreis ein-bzw. S22-S26 verbunden, die einem noch za erläuternden zuregeln und eine Last von 375 kW zu betreiben.

Zweck dienen. Im folgenden wird eine Betriebsweise beschrie- 35

ben, bei der die Leistungsabgage des Gleichstrommotors 5 Fig. 11 zeigt Messwerte für den äquivalenten Störstrom unter Benutzung des ersten Gleichrichterkreises von Null aus- Ip, der in dem Primärstrom enthalten ist, welcher bei dem gegehend gesteigert wird. Hierbei werden zuerst die Schalter nannten Versuchsbetrieb durch die Primärwicklung des S12-S16 geöffnet gehalten, und der regelbare Gleichrichter Transformators fliesst. Wie in Fig. 11 längs der Abszissen-311 wird mit Phasenregelung betrieben, während der Gleich- 40 achse dargestellt, wird der Steuerwinkel zehnmal nacheinan-strom auf einem gewünschten konstanten Wert gehalten wird, der geändert, und zwar von links nach rechts fortschreitend um die Ausgangsspannung des Gleichrichters 311 zu steigern, jeweils von 180 ° auf 0°. Die Kurven A und B veranschau-Sobald die Ausgangsspannung des Gleichrichters 311 ihren liehen die gemessenen Werte des äquivalenten Störstroms Ip Höchstwert erreicht, wird der Schalter S12 geschlossen, und für den Fall, dass jeweils der erste oder der zweite Gleichrich-dem Gleichrichter 311 wird ein Steuersignal entnommen. In- 45 terkreis einzeln betrieben wird, und die Kurve C veranschau-folgedessen erreicht die Ausgangsspannung des Gleichrich- licht jeweils die Hälfte jedes gemessenen Wertes bzw. einen ters 3120 ihren Höchstwert, während die Ausgangsspannung Wert für einen Gleichrichterkreis des äquivalenten Stör-des Gleichrichters 311 auf Null zurückkehrt. Wenn man da- stroms Ip für den Fall, dass der erste und der zweite Gleichfür sorgt, dass die Spannung an der Sekundärwicklung 211 richterkreis gleichzeitig betrieben werden. Aus diesen Kurven gleich derjenigen an der Sekundärwicklung 2120 ist, erfolgt so ergeben sich die nachstehenden Tatsachen. Erstens wird eine Umschaltung bezüglich der Ausgangsleistung zwischen dann, wenn jeder Gleichrichterkreis einzeln betrieben wird, dem Gleichrichter 3120 und dem regelbaren Gleichrichter der äquivalente Störstrom Ip im Verlauf einer Phasenregelung 311. auf einen höheren Wert gebracht. Zweitens unterscheiden sich gemäss den Kurven A und B die äquivalenten Störströme Ip

Nach dieser Umschaltung wird der Betrieb des Gleich- ss bei den beiden Gleichrichterkreisen, da bei den Gleichrichterrichters 311 erneut geregelt, und wenn seine Ausgangsleistung kreisen der Blindwiderstand der Transformatorwicklung un-ihren Höchstwert erreicht, wird die nächste Umschaltung terschiedlich ist. Werden die beiden Gleichrichterkreise durchgeführt. Hierbei wird der Schalter S13 geschlossen, so gleichzeitig betrieben, nimmt drittens der äquivalente Stör-dass die Ausgangsspannung des Gleichrichters 3130 ihren ström Iç nur wenig zu, und er wird im Vergleich zum Einzel-Höchstwert a nnimmt., und der Schalter S12 wird geöffnet, so betrieb jedes Gleichrichterkreises allgemein auf einem niedri-wobei das Steuersignal des Gleichrichters 311 beseitigt wird, gen Wert gehalten.

so dass die Ausgangsspannungen des Gleichrichters 3120 und Bei der Schaltung nach Fig. 10 kann man die Schalter des regelbaren Gleichrichters 311 beide auf Null zurückgehen. S12-S16 und S22-S26 durch elektronische Schalter ersetzen. Wenn man dafür sorgt, dass die Spannung an der Sekundär- Beispielsweise werden sämtüche nicht regelbaren Gleichrich-wicklung 2130 doppelt so hoch ist wie die Spannung an der 65 ter durch regelbare Gleichrichter ersetzt, die in der gleichen Sekundärwicklung 211 oder an der Sekundärwicklung 2120, Weise aufgebaut sind wie die regelbaren Gleichrichter 311 werden die dem geregelten Gleichrichter 311 und dem Gleich- und 321, und die Thyristoren der regelbaren Gleichrichter richter 3120 entnommenen Spannungen von der Ausgangs- werden durch Ein- und Ausschalten gesteuert.

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Da gemäss der Erfindung mehrere Gleichrichterkreise scheiden, ist es möglich, die höheren harmonischen Ströme zu vorhanden sind, denen auf der Wechselspannungsseite die verkleinern, ohne das es erforderlich ist, kostspielige Einrich-

gleiche Spannung zugeführt wird, und die sich auf der Wech- tungen oder Schaltungselemente vorzusehen.

selspannungsseite bezüglich ihres Blindwiderstandes unter-

C

4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

646019 2 PATENTANSPRÜCHE eine Wechselspannungsquelle (1) angeschlossenen Primär-

1. Gleichrichteranordnung mit mindestens zwei Gleich- Wicklung (200) und mindestens vier mit dieser magnetisch ge-richterkreisen, die mit einer Wechselstromquelle und einer koppelten Sekundärwicklungen (211,212,221,222), minde-durch die Gleichrichterkreise in Zusammenarbeit zu steuern- stens vier jeweils an die zugehörigen Sekundärwicklungen an-den Last verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass je- 5 geschlossene Gleichrichter (311,312,321,322), wobei diese dem der Gleichrichterkreise eine Wechselspannung zugeführt Gleichrichter in mindestens zwei Gruppen (311,321; 312 322) wird, dass die zugeführten Wechselspannungen die gleiche unterteilt sind, wobei mindestens zwei zu jeder dieser Grup-Amplitude haben, und dass zu der Gleichrichteranordnung pen gehörende Gleichrichter auf ihrer Gleichspannungsseite Einrichtungen (61,62) gehören, die dazu dienen, dem Blind- zu einer Reihenschaltung vereinigt sind, und Gleichrichterwiderstand auf der Wechselspannungsseite mindestens eines io kreise bilden, von denen jeder einen Gleichstrommotor (51, der Gleichrichterkreise einen Wert zu geben, der sich vom 52) aufweist, und wobei die Gleichrichterkreise untereinander Blindwiderstand auf der Wechselspannungsseite des anderen die gleiche Anzahl von zu einer Reihenschaltung vereinigten Gleichrichterkreises unterscheidet. Gleichrichtern aufweisen,

2. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- 8. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Einrichtung, die dazu dient, 15 kennzeichnet, dass die Transformatoranordnung (2) so aus-dem Blindwiderstand auf der Wechselspannungsseite min- gebildet ist, dass sich die Gleichrichterkreise auf der Wechsel-destens eines der Gleichrichterkreise einen Wert zu geben, der spannungsseite bezüglich des gesamten Blindwiderstandes sich vom Blindwiderstand auf der Wechselspannungsseite des gleichen.

anderen Gleichrichterkreises unterscheidet, um eine auf der 9. Gleichrichter anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge-

Wechselspannungsseite jedes Gleichrichterkreises angeord- 20 kennzeichnet, dass sie eine Transformatoranordnung (2) mit nete Drossel (61,62) handelt. einer an eine Wechselspannungsquelle (1) angeschlossenen

3. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Primärwicklung (200) und mindestens zwei mit dieser magne-kennzeichnet, dass zu der Einrichtung, die dazu dient, dem tisch gekoppelten Sekundärwicklungen (210,220) aufweist, Blind widerstand auf der Wechselspannungsseite mindestens dass jede der Sekundärwicklungen (210,220) mit einem ersten eines der Gleichrichterkreise einen Wert zu geben, der sich 25 (311 321) und einem zweiten (312,322) Gleichrichter verbun-von dem Blindwiderstand auf der Wechselspannungseite des den ist, wobei dieser erste und dieser zweite Gleichrichter par-anderen Gleichrichterkreises oder der anderen Gleichrichter- allelgeschaltet sind, und dass mindestens zwei der ersten und kreise unterscheidet, eine Transformatoranordnung (2) ge- mindestens zwei der zweiten Gleichrichter, welche je zu einer hört, die zwischen der Wechselspannungsquelle (1) und den der Sekundärwicklungen gehören, zu einer Reihenschaltung Gleichrichterkreisen angeordnet ist und mindestens zwei Se- 30 vereinigt sind und Gleichrichterkreise bilden, von denen jeder kundärwicklungen (210,211,212,220,221,222) aufweist, einen Gleichstrommotor (51,52) eines Fahrzeuges aufweist, und das der Blindwiderstand mindestens einer der Sekundär- und dass die Gleichrichterkreise untereinander die gleiche Wicklungen einen Wert hat, der sich vom Blindwiderstand der, Anzahl von Gleichrichtern aufweisen.

anderen Sekundärwicklung oder Sekundärwicklungen unterscheidet. 35

4. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Transformatoranordnung mit mindestens Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichrichteranord-zwei Transformatoren (21,22), die unabhängig voneinander nung mit mindestens zwei Gleichrichterkreisen, die mit einer an die Gleichrichterkreise (31,32) angeschlossen sind, wobei Wechselstromquelle und einer durch die Gleichrichterkreise die Primärwicklungen der Transformatoren parallelgeschal- 40 in Zusammenarbeit zu steuernden Last verbunden sind.

tet und an die Wechselspannungsquelle (!) angeschlossen Ein elektrisches Fahrzeug, dem Wechselstrom über eine sind, und wobei die Transformatoranordnung so ausgebildet Oberleitung zugeführt wird, bildet ein gutes Beispiel für eine ist, dass sie bewirkt, dass der Blindwiderstand auf der Wech- Last, zu deren Steuerung mehrere Gleichrichterkreise zusam-

selspannungsseite mindestens eines der Gleichrichterkreise menarbeiten. Bei einem solchen elektrischen Fahrzeug wird

(31,32) einen Wert erhält, der sich vom Blindwiderstand auf 45 die Wechselstromquelle durch eine Oberleitung bzw. einen der Wechselspannungsseite des anderen Gleichrichterkreises Fahrdraht gebildet; mehrere steuerbare Gleichrichter sind unterscheidet. miteinander parallelgeschaltet und mit der Wechselstrom-

5. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, gekenn- quelle durch Parallelogramm-Stromabnehmer und Transfor-zeichnet durch eine Transformatoranordnung mit mindestens matoren verbunden, und die steuerbaren Gleichrichter steu-einem Transformator (2), der eine an die Wechselspannungs- so ern unabhängig voneinander zugehörige Gleichstrommoto-quelle angeschlossene Primärwicklung (200) aufweist und mit ren, wobei die Gleichstrommotoren zusammenarbeiten, um mindestens zwei Sekundärwicklungen (211,212,221,222) die Fahrgeschwindigkeit des elektrischen Fahrzeuges zu re-versehen ist, die magnetisch mit der Primärwicklung gekop- geln. Daher kann man das elektrische Fahrzeug als die Last pelt sind, dass die Sekundärwicklungen unabhängig vonein- der gesteuerten Gleichrichter betrachten. Ferner kann bei ander mit den Gleichrichterkreisen (311,312.321,322) ver- 55 dem genannten Beispiel der geschlossene Stromkreis, zu dem bunden sind, und dass sich der Blindwiderstand mindestens ein Transformator, ein steuerbarer Gleichrichter und ein einer der Sekundärwicklungen vom Blindwiderstand der an- Gleichstrommotor gehören, als Gleichrichterkreis betrachtet deren Sekundärwicklung oder der anderen Sekundärwicklun- werden. Bei einem solchen elektrischen Fahrzeug wird die gen unterscheidet. Fahrgeschwindigkeit bzw. die Motordrehzahl dadurch gere-

6. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- 60 gelt, dass die Ausgangsleistung des Gleichrichterkreises nach kennzeichnet, dass zu jedem der Gleichrichterkreise ein Bedarf eingestellt wird. Zum Einstellen der Ausgangsleistung Gleichrichter (31,32) gehört, an den auf der Gleichspan- des Gleichrichterkreises wird eine Phasenregelung bei dem nungsseite ein Gleichstrommotor (51,52) angeschlossen ist, steuerbaren Gleichrichter durchgeführt. Wegen der Phasenre-und dass es sich bei der genannten Last um ein elektrisches gelung des steuerbaren Gleichrichters fliesst durch die Wech-Fahrzeug handelt, das durch die Gleichstrommotoren der 65 selstromquelle ein Wechselstrom mit einer verzerrten Wellen-Gleichrichterkreise in Zusammenarbeit angetrieben wird. form. Hierbei führen höhere harmonische Komponenten, die

7. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, gekenn- in dem Wechselstrom enthalten sind, zu induktiven Störunzeichnet durch eine Transformatoranordnung (2) mit einer an gen bei benachbarten elektrischen Anlagen. Das Ausmass

dieser induktiven Störungen wird mit Hilfe des Wertes beurteilt, der sich als Störstrom Ip aus der nachstehenden Gleichung ergibt:

-A

(S„In)2

Hierin bezeichnet In einen Effektivwert eines n-ten höheren harmonischen Stroms, der in einem Wechselstrom enthalten ist, und Sn bezeichnet einen Rauschbewertungsfaktor, der die Grösse des Einflusses des n-ten höheren harmonischen i0 Stroms auf die induktiven Störungen angibt. Aus den genannten Gründen ist es nicht nur beim Betrieb eines elektrischen Fahrzeugs, sondern auch auf verschiedenen anderen Gebieten, wo Gleichrichter verwendet werden erforderlich, den Störstrom Ip dadurch auf einen möglichst kleinen Wert zu 15 bringen, dass die höheren harmonischen Ströme verkleinert werden. Zur Verringerung der höheren harmonischen Ströme ist es jedoch erwünscht, Einrichtungen oder Schaltungselemente zu verwenden, die keine zu hohen Kosten verursachen.