CH653497A5 - Stromrichterschalteinrichtung zur speisung mindestens einer gleichstromlast. - Google Patents

Stromrichterschalteinrichtung zur speisung mindestens einer gleichstromlast. Download PDF

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CH653497A5
CH653497A5 CH2408/80A CH240880A CH653497A5 CH 653497 A5 CH653497 A5 CH 653497A5 CH 2408/80 A CH2408/80 A CH 2408/80A CH 240880 A CH240880 A CH 240880A CH 653497 A5 CH653497 A5 CH 653497A5
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Harry Magnusson
Goete Tallbaeck
Ake Wennberg
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Asea Ab
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Description

Die Erfindung betrifft eine Stromrichterschalteinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei bestimmten Anwendungen von an ein Wechselspannungsnetz oder eine andere Wechselspannungsquelle angeschlossenen, steuerbaren Stromrichterschalteinrichtungen ist es wesentlich, dass eine solche Schalteinrichtung möglichst wenig reaktive Leistung aufnimmt, um einen hohen Leistungsfaktor zu erzielen. Die Anwendung bezieht sich insbesondere auf in Fahrzeugen angeordneten Stromrichterschalteinrichtungen zur Speisung der Gleichstromantriebsmotoren von einer Wechselspannung führenden Kontaktleitung oder Kontaktschiene. Bei einer solchen Anwendung ist es auch wichtig, dass der Gehalt an Oberschwingungen des Wechselstroms der Stromrichterschalteinrichtung niedrig ist, um Störungen anderer Geräte, beispielsweise Telestörungen, zu vermeiden. Ferner ist es wichtig, dass der Wechselstrom der Schalteinrichtung zur Vermeidung von Sättigungserscheinungen in Transformatoren oder Generatoren keine Gleichstromkomponente aufweist.
Es ist bekannt, in Stromrichterschalteinrichtungen sogenannte asymmetrisch halbgesteuerte, einphasige Stromrichterbrücken zu verwenden, welche zwischen den Gleichstromanschlüssen zwei miteinander in Reihe geschaltete Thyristorzweige parallel mit zwei miteinander in Reihe geschalteten Diodenzweigen aufweisen. Ein solcher Stromrichter nimmt im allgemeinen eine niedrigere reaktive Leistung auf als ein Stromrichter mit einer auf konventionelle Weise gesteuerten Einphasenbrückenschaltung mit Thyristoren in allen vier Zweigen. Bei Teilaussteuerung ist jedoch die Aufnahme von reaktiver Leistung relativ hoch, wobei oftmals unakzeptable Werte erreicht werden.
Es ist ferner bekannt, dass sich die Aufnahme an reaktiver Leistung zur Erhöhung des Leistungsfaktors dadurch senken lässt, wenn in einem Stromrichter mindestens zwei Brückenschaltungen, beispielsweise der vorstehend genannten Art, in Reihe geschaltet werden und der Stromrichter derart gesteuert wird, dass bei Teillast jeweils nur eine Brückenschaltung teilweise ausgesteuert arbeitet, während die übrigen entweder voll oder gar nicht ausgesteuert sind. Stromrichter dieser Art erfordern jedoch eine relativ grosse Anzahl an Halbleiterkomponenten wie Thyristoren und Dioden, so dass sie relativ umfangreich, platzraubend und teuer sind.
Bei einem aus der GB-PS 1 497 045 bekannten Stromrichterschalteinrichtung weist der Stromrichter zwei in Reihe geschaltete, asymmetrisch halbgesteuerte Brückenschaltungen auf. Um eine gleichmässige Verteilung der Belastung zwischen den Sekundärwicklungen des Stromrichtertransformators und gleichzeitig eine niedrige Aufnahme an reaktiver Leistung zu erzielen, wird jede der beiden Brückenschaltungen zyklisch gesteuert, wobei die Zyklen für beide Brückenschaltungen im Verhältnis zeitlich zueinander verschoben sind. Die Dauer des Zyklus beträgt ein oder zwei ganze Perioden. Während jeder der Halbperioden des Zyklus arbeitet immer eine der Brückenschaltungen mit variierbarem Steuerwinkel, d.h., dass dieser im allgemeinen einen Wert annimmt, der von den Werten 0° und 180° abweicht, bei welchen Werten der Gehalt an Oberwellen des Netzwechselstromes und die Aufnahme an reaktiver Leistung am niedrigsten wäre. Die Folge einer solchen Betriebsweise ist eine relativ hohe reaktive Leistung und ein relativ hoher Anteil an Oberwellen des Wechselstromes. Ferner erfordert diese bekannte Schalteinrichtung, dass jeder Stromrichter mindestens zwei gleichstrom-mässig in Reihe geschaltete Brückenschaltungen aufweist, so dass die Schalteinrichtung relativ umfangreich und teuer ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromrichterschalteinrichtung zu schaffen, bei welcher es mit einem einfachen Stromrichter, beispielsweise mit einer einzigen Stromrichterbrücke, möglich ist, eine niedrigere Aufnahme an reaktiver Leistung und einen niedrigeren Gehalt an Oberwellen des Wechselstromes zu erzielen, als es bisher mit Schalteinrichtungen von entsprechendem Komplikationsgrad möglich war.
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Die Erfindung bezweckt ferner, gleichzeitig eine Schalteinrichtung mit mindestens einem einfachen Stromrichter zu schaffen, bei welchem die Gleichstromkomponente auf der Wechselstromseite jedes Stromrichters Null ist. Dadurch wird es möglich, die Gleichstromkomponente im Wechselstrom sowohl bei Einrichtungen mit einem einzigen Stromrichter wie auch bei solchen mit mehreren Stromrichtern bei unterschiedlichen Belastungen vollständig zu eliminieren.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 a die Hauptstromkreise einer Stromrichterschalteinrichtung mit einem eine einzige Brückenschaltung aufweisenden Stromrichter zur Speisung eines Gleichstrommotors,
Fig. lb einen Steuerstromkreis zur Steuerung des Stromrichters nach der Fig. la in einem sechs Halbperioden umfassenden Zyklus,
Fig. lc einen weiteren Teil der Steuerstromkreise mit Pha-senwinkelsteuergliedern,
Fig. ld einen weiteren Teil der Steuerstromkreise mit elektronischen Schaltorganen zum Zuführen von Steuerimpulsen zu den Thyristoren des Hauptstromkreises,
Fig. le in der Schalteinrichtung auftretende Grössen in Funktion der Zeit,
Fig. 2a die Hauptstromkreise bei einer Ausführungsform mit vier Stromrichtern,
Fig. 2b einen Steuerstromkreis zur Steuerung der Stromrichter nach der Fig. 2a in einem sechs Halbperioden umfassenden Zyklus, analog zum Steuerstromkreis nach der Fig. lb,
Fig. 2c einen weiteren Teil der Steuerstromkreise mit sechs Phasenwinkelsteuergliedern,
Fig. 2d einen weiteren Teil der Steuerstromkreise mit elektronischen Schaltorganen zum Zuführen der Steuerimpulse zu den Thyristoren der Hauptstromkreise,
Fig. 2e in der Schalteinrichtung auftretende Grössen in Funktion der Zeit und
Fig. 2f eine Darstellung analog zur Fig. 2e, jedoch bei unterschiedlichen Aussteuerungsgraden.
Die Stromrichterschalteinrichtung nach der Fig. la dient zur Speisung des Ankers M eines Gleichstrommotors, dessen Erregerwicklung F von einer Gleichstromquelle UF gespeist wird. In Reihe mit dem Anker M des Motors liegt eine Induktivität zur Glättung des Ankerstromes. Ein Stromrichter SR weist eine halbgesteuerte Thyristorbrückenschaltung mit zwei Thyristorzweigen und zwei Diodenzweigen auf. Die miteinander in Reihe geschalteten Diodenzweige bilden einen Nebenweg für den Gleichstrom durch die Brückenschaltung. Jeder Thyristor- oder Diodenzweig ist derart dargestellt und nachstehend beschrieben, als ob er ein einziges Halbleiterelement enthielte. Dieses kann der Fall sein Jedoch kann jeder Zweig auch alternativ aus zwei oder mehreren reihen-, parallel- oder reihen-parallelgeschalteten Halbleiterelementen bestehen.
Der in der Fig. la dargestellte Stromrichter SR weist zwei Thyristoren TI 1 und T12 und zwei Dioden Dl 1 und D12 auf. Die beiden Thyristoren werden von Steuerkreisen phasenwin-kelgesteuert, die nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. lb, lcund ld beschrieben sind.
Der Stromrichter SR ist wechselstromseitig über einen Transformator TR an ein speisendes Wechselstromnetz N angeschlossen. Der Transformator TR weist eine Primärwicklung P und eine Sekundärwicklung S auf. Die Wechselspannung der Sekundärwicklung S ist mit UAC und der an den Stromrichter SR abgegebene Strom ist mit iAC bezeichnet. Gleichstromseitig ist an den Stromrichter SR ein aus dem Motoranker M und dem Glättungsinduktor L bestehender Belastungskreis angeschlossen. Der Gleichstrom des Stromrichters ist mit I und die Gleichspannung mit UD bezeichnet.
Für halbgesteuerte Brücken gilt im allgemeinen, dass, wenn ein Thyristor nicht stromführend ist, der Strom durch die an denselben Gleichstromanschluss der Brücke angeschlossene Diode fliesst. Wenn kein Thyristor leitend ist, fliesst daher der Gleichstrom der Brücke durch die beiden in Reihe geschalteten Diodenzweige, die also einen Nebenweg für den Gleichstrom bilden, und die Gleichspannung der Brücke wird Null.
Die Fig. lb, lc und ld zeigen die Steuerstromkreise des Stromrichters SR nach der Fig. la. Der Stromrichterschalteinrichtung wird gemäss Fig. 1 c ein Steuersignal Us zugeführt, beispielsweise von einer nicht dargestellten Regeleinrichtung zur Regelung der Drehzahl und/oder des Ankerstroms des Motors M.
Der Steuerstromkreis nach Fig. lb dient zur Erzeugung von sechs Signalen a, b, c, d, e und f zur Steuerung des Stromrichters SR. Die Netzspannung UAc wird zwei Schaltgliedern NV1 und NV2 zugeführt. Jedes derselben gibt während der zweiten Halbperiode ein «1 »-Signal ab. Diese Signale werden monostabilen Gliedern MV1 und MV2 zugeführt, die zu Beginn jeder Halbperiode der Netzspannung kurze «1 »-Impulse abgeben. Über ein ODER-Glied OG werden diese Impulse dem Steuereingang eines Ringrechners RR zugeführt, der sechs Ausgänge, a-f, hat. Jeder Impuls führt den Ringrechner einen Schritt weiter. Während drei Perioden von UAc durchläuft der Ringrechner einen Zyklus, und während dieses Zyklus wird jedes der Signale a-f « 1 » während einer Halbperiode und «0» während des restlichen Zyklus. Die Signale a-f werden unten in Fig. le dargestellt. Ein Zyklus umfasst also sechs Halbperioden, d.h. drei Perioden der Netzspannung.
Fig. lc zeigt drei Phasenwinkelsteuerglieder SDI-SDIII. Jedes dieser Glieder (z.B. SDI) gibt um 180° zueinander phasenverschobene Steuerimpulse SI und S'I mit einem Steuerwinkel ab, der in Abhängigkeit von dem dem Steuerglied zugeführten Steuersignal zwischen 0° und 180° variiert. Die Steuerglieder sind untereinander identisch. Der Steuerwinkel a für die von einem Steuerglied gesteuerten Thyristoren wird in Abhängigkeit vom Eingangssignal Ui eines Steuergliedes zwischen 0 und 180° auf solche an und für sich bekannte Weise variiert, dass a = arccos (2Ui— 1) (0<U;< 1).
Der Zuschuss, den die vom Steuerglied gesteuerten Thyristoren an die Gleichspannungen der Stromrichter geben, wird daher linear mit dem Eingangssignal Ui des Steuergliedes in dem Intervall 0<U;< 1 variieren. Für Uj<0 ist a= 180°. Für U,> 1 ist a = 0, d.h. die Thyristoren sind voll ausgesteuert.
Ein Steuersignal Us, das kontinuierlich zwischen 0 und 3 variiert werden kann, wird dem Steuerglied SDI direkt und den übrigen Steuergliedern über Verstärker F9 und FIO zugeführt, in welchen Us = 1 und Us = 2 entsprechende Konstanten von Us subtrahiert werden. Wenn Us von 0 ansteigt, werden daher die Steuerwinkel <X], an und am für die drei Steuerglieder wie folgt variieren:
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Fig. ld zeigt, wie die Steuerimpulse der Steuerglieder über elektronische Schaltorgane Gl 1, Gl 1' usw. den Thyristoren der Ausrüstung zugeführt werden. Für den Thyristor TI 1 z.B. gilt somit, dass ihm während der ersten Halbperiode eines Zyklus (a = «l») das Steuersignal SI vom Steuerglied SDI und während der dritten Halbperiode eines Zyklus (c = « 1 ») das Steuersignal SUI vom Steuerglied SDIII sowie während der fünften Halbperiode eines Zyklus (e = « 1 ») das Steuersignal Sil vom Steuerglied SDII zugeführt wird. Das entsprechende gilt für den Thyristor T12.
Fig. le zeigt die Funktion der Ausrüstung während eines Zyklus bei jedem von drei verschiedenen Aussteuerungsgraden entsprechend Us = 0,5, Us= 1,5 und Us = 2,5. Oben wird die Netzspannung UAC gezeigt, und darunter werden die Gleichspannung UD, die Ströme durch die Thyristoren TI 1 und T12, der Netzstrom iAC, die Signale a-f vom Ringrechner RR sowie das Steuersignal Us gezeigt.
Wie man sieht, folgt immer einer Halbperiode mit einem bestimmten Steuerwinkel nach drei Halbperioden eine Halbperiode mit demselben Steuerwinkel, jedoch mit entgegengesetzter Polarität der Wechselspannung. Beispielsweise wird bei Us= 1,5 jede dritte Halbperiode (die erste und vierte im Zyklus) mit dem Steuerwinkel 0°, jede dritte Halbperiode (die zweite und fünfte im Zyklus) mit dem Steuerwinkel 90° und jede dritte Halbperiode (die dritte und sechste) mit dem Steuerwinkel 180° gesteuert. Hierdurch entspricht immer während eines Zyklus jeder Halbperiode des Netzstroms eine identische Halbperiode entgegengesetzter Polarität, und die Gleichstromkomponente des Netzstromes wird Null.
Der Stromrichter nach Fig. 1 entspricht im Hinblick auf reaktive Leistung und den Gehalt an Oberschwingungen einem bekannten Stromrichter mit drei hintereinander ausgesteuerten, in Reihe geschalteten Brücken und ergibt also mit nur einer Brücke denselben niedrigen Verbrauch an reaktiver Leistung, denselben hohen Leistungsfaktor und denselben niedrigen Oberschwingungsgehalt, wofür bei der bereits bekannten Schaltung drei Brücken erforderlich waren.
In Fig. 1 ist als Beispiel gezeigt, wie die Dauer des Zyklus drei Perioden ist. Generell kann die Dauer des Zyklus bei dem gezeigten Steuerverfahren N Perioden sein, wo N eine ungerade Zahl ist, die grösser als oder gleich Drei ist, und die Funktion hinsichtlich der reaktiven Leistung entspricht der, die man mit einem bekannten Stromrichter mit N in Reihe geschalteten Brücken erhalten kann.
Fig. 2a zeigt eine Stromrichterausrüstung mit vier Stromrichtern SR1-SR4. Jeder Stromrichter bestellt aus zwei in Reihe geschalteten Brücken B1-B4 und B'l-B'4. Jede Brücke wird auf die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Art gesteuert. In jedem Stromrichter wird bei steigender Gleichspannung zuerst die obere Brücke und danach die untere Brücke ganz ausgesteuert. Die Stromrichter werden so gesteuert, dass die Mittelwerte ihrer Gleichspannungen immer gleich sind. Die Stromrichter SRI und SR2 werden synchron miteinander gesteuert und bilden einen ersten Modul. Die Stromrichter SR3 und SR4 werden ebenfalls synchron miteinander gesteuert und bilden einen zweiten Modul. Die Stromrichter werden vom Netz N über einen Transformator TR aus den Sekundärwicklungen SI, S2, SI', S2' gespeist. Jeder Stromrichter hat eine separate Belastung, die aus einem Gleichstrommotor Ml-M4 in Reihe mit einem Glättungsin-duktor L1-L4 besteht.
Fig. 2b zeigt den Kreis zur Erzeugung der Signale a-f, der ganz mit dem in Fig. lb gezeigten Kreis übereinstimmt.
Fig. 2c ist zu Fig. lc analog, unterscheidet sich jedoch dadurch von derselben, dass drei weitere Steuerimpulsglieder SDIV-SDVI mit den Verstärkern Fl 1-F13 hinzugefügt wurden. In den Verstärkern Fl 1-Fl3 werden Grössen entsprechend Us = 3, Us = 4 und Us = 5 vom Steuersignal Us subtrahiert, was darin resultiert, dass, wenn Us von 0 bis 6 variiert, die Steuerimpulsglieder jeweils eines zur Zeit der Reihe nach ihren Steuerwinkel von 180° auf 0 verringern.
Fig. 2d zeigt, wie die Steuerimpulse der Steuerimpulsglieder in Abhängigkeit von den Signalen a-f den Thyristoren der Ausrüstung zugeführt werden. Die Signale a-f steuern auf die gleiche Weise, wie z.B. in Fig. ld gezeigt, Glieder (z.B. Gli, Gl 1', GH"), welche die Steuerimpulse zu den Thyristoren hindurchlassen.
Die Fig. 2e und 2f zeigen die Funktion während eines Zyklus bei jedem von sechs verschiedenen Werten des Steuersignals Us. Oben wird die Netzspannung UAC gezeigt, und darunter werden die Gleichspannung UD, von SRI und SR2, die Gleichspannung UD2 von SR3 und SR4, die Ströme durch die Thyristoren der Ausrüstung, der Wechselstrom i'Ac des ersten Moduls (SRI und SR2), der Wechselstrom i"AC des zweiten Moduls (SR3 und SR4), der resultierende Netzwechselstrom iAc (iAc = ì'ac + ì"ac), die Signale a-f sowie das Steuersignal Us gezeigt.
Fig. 2e zeigt den Verlauf für die Steuersignale Us = 0,5, Us = 1,5 und Us = 2,5, und Fig. 2f zeigt den Verlauf für die Steuersignale Us = 3,5, Us = 4,5 und Us = 5,5. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, wird jede Brücke für sich auf die in Fig. 1 e gezeigte Weise gesteuert, während die obere Brücke jedes Stromrichters ganz ausgesteuert wird, bevor mit der Aussteuerung der unteren Brücke begonnen wird.
Das Steuermuster für den zweiten Modul (SR3 + SR4), d.h. die Folge von Halbperioden mit gewissen Steuerwinkeln, ist mit dem Steuermuster für den ersten Modul (SRI + SR2) identisch, ist jedoch um vier Halbperioden später in der Zeit (oder zwei Halbperioden früher) verschoben. Diese Verschiebung zwischen den Moduln ergibt einen gleichmässigeren Verlauf und einen niedrigeren Oberschwingungsgehalt des Netzwechselstroms, als wenn beide Moduln gleichzeitig gesteuert werden (was auch möglich ist).
Die Ausrüstung nach Fig. 2 kann (genau wie diejenige nach Fig. 1) zur Speisung von Traktionsmotoren in einem Elektrofahrzeug, beispielsweise einer elektrischen Lokomotive, verwendet werden, wo der mit einem niedrigen Komponentenaufgebot und einem einfachen Aufbau erzielte niedrige Verbrauch an reaktiver Leistung und der hohe Leistungsfaktor ein bedeutender Vorteil sind. Es hat sich ferner gezeigt, dass der im Hinblick auf die Telestörungen bewertete Oberschwingungsgehalt des Netzwechselstroms bedeutend niedriger wird als bei früher bekannten Stromrichterausrüstungen mit derselben Anzahl Brückenschaltungen pro Stromrichter, was insbesondere bei Traktionsausrüstungen ein wichtiger Vorteil ist.
Es ist eine grosse Anzahl von anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung denkbar.
Beispielsweise kann es sich bei den Gleichstrombelastungen der Stromrichter um andere Belastungsobjekte als Gleichstrommotoren handeln, und jede Gleichstrombelastung kann aus mehreren reihen-, prallel- oder reihenparallel-geschalteten Belastungsobjekten bestehen.
Vorstehend ist ein Typ eines Stromrichters beschrieben worden, nämlich die asymmetrisch halbgesteuerte Brücke. Es können jedoch auch andere Typen von Stromrichtern mit Nebenweg für den Gleichstrom angewendet werden, wie beispielsweise eine Einphasenbrücke mit vier Thyristorzweigen, die gleichstrommässig zu einer Nebenwegdiode parallelgeschaltet ist, oder eine Diodenbrücke mit Wechselspannungssteuerung in den Zuleitungen mit Hilfe von phasenwinkelge-steuerten, antiparallelgeschalteten Thyristoren.
Vorstehend sind nur einphasige Stromrichter beschrieben worden, doch kann die Erfindung auch bei anderen Phasenzahlen, wie z.B. an Dreiphasenstromrichtern zur Anwendung kommen.
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Jeder Stromrichter kann aus einer beliebigen Anzahl von reihen-, parallel- oder reihenparallelgeschalteten Stromrichterbrücken bestehen. Ferner kann jeder Brückenzweig aus einer Vielzahl von reihen-, parallel- oder reihenparallelgeschalteten, steuerbaren oder nichtsteuerbaren Halbleiterelementen bestehen. Auch kann eine Ausrüstung nach der Erfindung mehrere Einheiten enthalten, wobei jede Einheit beispielsweise mit einer der in den Figuren gezeigten Ausrüstungen identisch ist.
Vorstehend wurde beschrieben, wie mehrere Stromrichterbrückenschaltungen an jede Sekundärwicklung eines Netztransformators angeschlossen sein können, was eine Ersparnis hinsichtlich der Dimensionsleistung des Transformators ergibt. Selbstverständlich kann jedoch jeder Stromrichter oder jede Stromrichterbrücke eigene Sekundärwicklungen oder eine eigene Sekundärwicklung am Transformator haben. Selbstverständlich ist auch ein Netztransformator nicht notwendig, sondern die Brücken können, wenn es die Span-nungs- und Potentialverhältnisse zulassen, direkt an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen werden.
Die vorstehende Beschreibung der Stromrichter und deren Funktion geht von der Annahme ideeller Verhältnisse aus. Somit wurde z.B. vom Spannungsfall in den Stromrichtern, von Kommutierungszeiten, eventuell erforderlichen Begrenzungen des Steuerwinkels und einer unvollständigen Glättung der Gleichströme abgesehen.
Wenn in der vorstehenden Beschreibung von einem Steuerwinkel 0° oder 180° gesprochen wurde, so ist es selbstverständlich, dass der Steuerwinkel nicht genau, sondern nur im wesentlichen diese Werte anzunehmen braucht. Eine Abweichungen von einigen Dekaden Graden von diesen Werten bewirkt keine prinzipielle Veränderung der Funktion der Ausrüstung.
Ferner ist vorstehend in einigen Fällen angegeben worden, dass ein Thyristor mit dem Steuerwinkel 0° gesteuert wird. Eine solche Steuerung kann auf bekannte Weise dadurch Zustandekommen, dass dem Thyristor in dem Augenblick, wo seine Anodenspannung positiv wird, ein kurzer oder langer Steuerimpuls zugeführt wird, oder dass dem Thyristor während des Teils des Zyklus, wo er mit dem Steuerwinkel 0° arbeiten soll, kontinuierlich Steuerstrom zugeführt wird.
Ein Steuerwinkel von 180° kann ebenfalls dadurch Zustandekommen, dass die Steuerimpulse an den Thyristor während des Teils eines Zyklus, wo der Thyristor mit diesem Steuerwinkel arbeiten soll, ganz gesperrt werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Steuerwinkel zwischen voller Aussteuerung und der Aussteuerung Null kontinuierlich variierbar. Alternativ kann der Steuerwinkel natürlich schrittweise variierbar sein.
Mit dem Begriff «Aussteuerbereich» für einen Stromrich-
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ter ist das Intervall gemeint, in dem die Gleichspannung des Stromrichters variiert werden kann. Volle Aussteuerung eines Stromrichters entspricht maximal abgegebener Gleichspannung, und die Aussteuerung Null des Stromrichters entspricht der niedrigsten möglichen Gleichspannung. Ein individueller Thyristor oder Thyristorzweig arbeitet mit voller Aussteuerung, wenn sein Steuerwinkel derart ist, dass er während seines Leitintervalls einen maximalen Gleichspannungszuschuss gibt, und mit der Aussteuerung Null, wenn sein Steuerwinkel derart ist, dass er keinen Zuschuss an die Gleichspannung des Stromrichters gibt.
Bei einer Stromrichterausrüstung nach der Erfindung arbeiten die Steuerglieder zyklisch, wobei jeder Zyklus drei oder mehrere Perioden der Netzwechselspannung umfassen kann. Ein zu der Ausrüstung gehörender Stromrichter wird im allgemeinen mit einem Steuerwinkel gesteuert, der während eines Zyklus mindestens zwei verschiedene Werte annimmt. Dieses gilt jedoch nicht bei voller Aussteuerung oder bei der Aussteuerung Null. Durch diese Massnahme kann der Steuerwinkel für verschiedene Teile des Zyklus so gewählt werden, dass der Leistungsfaktor der Ausrüstung erhöht und der Verbrauch an reaktiver Leistung verringert wird.
Ferner wird ein Stromrichter so gesteuert, dass sein Steuerwinkel zwecks Beeinflussung der Gleichspannung während des kleinstmöglichen Teils des Zyklus, nämlich zwei Halbperioden, variierbar ist, während er während des restlichen Zyklus mit einem festen Steuerwinkel arbeitet. Der feste Steuerwinkel wird zweckmässig so gewählt, dass er dem kleinsten Verbrauch an reaktiver Leistung, d.h. voller Aussteuerung oder der Aussteuerung Null entspricht. Dadurch, dass man das Verhältnis zwischen der Anzahl Halbperioden mit voller Aussteuerung und der Anzahl Halbperioden mit der Aussteuerung Null in einem Zyklus variiert, kann die Gleichspannung des Stromrichters innerhalb des Aussteuerbereiches variiert werden. Wenn der Steuerwinkel kontinuierlich variierbar innerhalb zwei Halbperioden des Zyklus gemacht wird, kann man dadurch eine kontinuierliche Steuerung der Gleichspannung in dem ganzen Aussteuerbereich mit einem hohen Leistungsfaktor und einem niedrigen Verbrauch an reaktiver Leistung erhalten.
Die Steuerung wird so ausgeführt, dass jeder Stromrichter für sich immer gleich viel während der positiven wie auch während der negativen Halbperioden der Netzspannung ausgesteuert wird. Die Gleichstromkomponente im Netzwechselstrom wird dann Null, auch wenn die Ausrüstung mehrere Stromrichter mit verschieden grossen Gleichströmen hat.
Die Erfindung kann bei einer Ausrüstung mit einer beliebigen Anzahl Stromrichter und auch bei einem einzigen Stromrichter zur Anwendung kommen.
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6 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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    PATENTANSPRÜCHE
    1. Stromrichterschalteinrichtung zur Speisung mindestens einer Gleichstromlast (M), mit einem an eine Wechselstromquelle (N) angeschlossenen steuerbaren Stromrichter (SR), der einen Gleichstrom-Nebenpfad (Dil, D12) aufweist, sowie mit Steuergliedern (SDÌ, SDII, SDIII) zur Steuerung der Gleichspannung (UDÌ) des Stromrichters durch Beeinflussung seines Steuerwinkels (04, air, am), wobei die Steuerglieder derart für eine zyklische Arbeitsweise vorgesehen sind, dass jeder Zyklus eine Mehrzahl von Halbperioden der Wechselspannung (UAC) der Wechselstromquelle (N) umfasst und der Stromrichter in wenigstens einem Teil seines Aussteuerungsbereiches mit unterschiedlichen Steuerwinkeln (0°, an, 180°) während verschiedener Halbperioden eines Zyklus arbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zyklus eine ungerade Anzahl, jedoch mindestens drei, von ganzen Perioden der Wechselspannung (Uac) umfasst, dass die Steuerglieder dazu vorgesehen sind, während zwei Halbperioden eines Zyklus den Stromrichter (SR) mit einem zur Beeinflussung seiner Gleichspannung veränderbaren Steuerwinkel (an) und während jeder der verbleibenden Halbperioden mit einem festen Steuerwinkel (0° bzw. 180°) zu steuern und dass die mit einem veränderbaren Steuerwinkel gesteuerten Halbperioden äquidistant sind.
  2. 2. Stromrichterschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerglieder (SDÌ, SDII, SDIII) dazu vorgesehen sind, während jeder der Halbperioden mit festem Steuerwinkel den Stromrichter (SR) mit einem Steuerwinkel zu steuern, der einen von zwei Werten annimmt, von denen der eine im wesentlichen Null und der andere im wesentlichen 180° ist.
  3. 3. Stromrichterschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerglieder (SDÌ, SDII, SDIII) dazu vorgesehen sind, während jeder der Halbperioden mit festem Steuerwinkel den Stromrichter (SR) mit einem Steuerwinkel zu steuern, der einen von zwei Werten annimmt, von denen der eine einer vollen Aussteuerung und der andere der Aussteuerung Null entspricht.
  4. 4. Stromrichterschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerglieder (SDÌ, SDII, SDIII) dazu vorgesehen sind, während der Halbperioden des Zyklus mit veränderbarem Steuerwinkel den Stromrichter (SR) mit einem zwischen der Aussteuerung im wesentlichen Null und einem der vollen Aussteuerung entsprechenden kontinuierlich variierbaren Steuerwinkel zu steuern.
  5. 5. Stromrichterschalteinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit mindestens zwei an dieselbe Wechselstromquelle (N) angeschlossenen Stromrichtern (SRI, SR3, Fig. 2a), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerglieder dazu vorgesehen sind, die Stromrichter mit demselben Steuermuster zu steuern, das aus einer Folge von Halbperioden mit gegebenen Steuerwinkeln (z.B. 0°, 90°, 180° bei Us= 1,5) besteht, wobei die Steuermuster zeitlich zueinander verschoben sind (Fig. 2e, f).
  6. 6. Stromrichterschalteinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit mindestens zwei an dieselbe Wechselstromquelle (N) angeschlossenen Stromrichtern (SRI, SR2), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerglieder dazu vorgesehen sind, während jeder der Halbperioden des Zyklus einen Stromrichter mit variierbarem Steuerwinkel und die übrigen Stromrichter mit konstantem Steuerwinkel zu steuern.
CH2408/80A 1979-04-09 1980-03-27 Stromrichterschalteinrichtung zur speisung mindestens einer gleichstromlast. CH653497A5 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE7903123A SE445283B (sv) 1979-04-09 1979-04-09 Stromriktarutrustning for matning av en eller flera likstromsbelastningar

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