DE1142204B

DE1142204B - Arrangement for the control of the output voltage of a three-phase rectifier bridge circuit via settable chokes

Info

Publication number: DE1142204B
Application number: DEL38723A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ulrich Putz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1961-04-13
Filing date: 1961-04-13
Publication date: 1963-01-10
Also published as: GB955638A; CH391076A

Description

Anordnung zur Steuerung der Ausgangsspannung einer Drehstromgleichrichterbrückenschaltung über sättigbare Drosseln Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung der Ausgangsspannung einer Drehstromgleichrichterbrückenschaltung durch Beeinflussung des Sättigungszustandes sättigbarer Drosseln. Es handelt sich dabei um eine Schaltung der Art, bei der die sättigbaren Drosseln in den Drehstromleitungen zu der Gleichrichterbrücke liegen. Es sind also insgesamt drei Drosseln erforderlich. In einer solchen Schaltung wird jede Drossel innerhalb einer Periode der Netzspannung zweimal für je 120° elektrisch von einer Spannung beaufschlagt; das eine Mal in positiver, das andere Mal in negativer Richtung. Sofern die Drosseln gesättigt sind, fließen während dieser Intervalle Arbeitsströme. Sofern die Drosseln nicht gesättigt sind, bilden sich zu Beginn der 120°-Intervalle nur verhältnismäßig kleine Magnetisierungsströme aus, die erst beim Erreichen der Sättigung schlagartig zu den Arbeitsströmen anwachsen. Die durch die Kommutierung bedingten zeitlichen Verzögerungen und Abschleifungen werden der Einfachheit halber bei dieser Betrachtung und im folgenden nicht berücksichtigt.Arrangement for controlling the output voltage of a three-phase rectifier bridge circuit Via Saturable Chokes The invention relates to an arrangement for control the output voltage of a three-phase rectifier bridge circuit by influencing it the state of saturation of saturable chokes. It is a circuit the kind in which the saturable chokes in the three-phase lines to the rectifier bridge lie. So a total of three chokes are required. In such a circuit each choke becomes electrical twice for 120 ° each within one period of the mains voltage acted upon by a voltage; one time in a positive way, the other time in a negative way Direction. If the chokes are saturated, flow during these intervals Work flows. If the chokes are not saturated, the 120 ° intervals only produce relatively small magnetizing currents, which only occur when When reaching saturation, the working currents suddenly increase. The through the Commutation-related delays and abrasions are made for simplicity for the sake of this consideration and not taken into account in the following.

Die Steuerung der Ausgangsspannung einer solchen Anordnung geschieht nun in der Weise, daß während der strom- und spannungsfreien Zeitintervalle von je 60° durch eine Steuerspannung die Ununagnetisierung des Kernes in einem gewünschten Maße vorweggenommen wird. Es muß also dafür gesorgt werden, daß während der Strom- und spannungsfreien Zeitintervalle über eine Steuerwicklung eine geeignete Spannung auf die sättigbare Drossel zur Einwirkung gebracht wird.The output voltage of such an arrangement is controlled now in such a way that during the current and voltage-free time intervals of every 60 ° by a control voltage the ununagnetization of the core in a desired Dimensions is anticipated. It must therefore be ensured that during the current and voltage-free time intervals a suitable voltage via a control winding is brought to act on the saturable choke.

In einer bekannten Schaltung geschieht dies in der Weise, daß in die Zuleitungen zu den Steuerwicklungen stromsteuernde magnetische Verstärker vorgesehen sind. Da diese magnetischen Verstärker vom gesamten Steuerstrom durchflossen werden, sind sie für eine verhältnismäßig große Leistung auszulegen. Außerdem treten gelegentlich Rückwirkungen von den Arbeitsströmen auf den Steuerkreis auf.In a known circuit this is done in such a way that in the Supply lines to the control windings are provided with current-controlling magnetic amplifiers are. Since the entire control current flows through these magnetic amplifiers, they are to be designed for a relatively high performance. They also occur occasionally Effects of the working currents on the control circuit.

Um diese Nachteile der bekannten Schaltung zu beseitigen, wird nach der Erfindung eine Anordnung zur Steuerung von Drehstromgleichrichterbrückenschaltungen über sättigbare Drosseln vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Steuerwicklungen der sättigbaren Drosseln über nicht sättigbare Induktivitäten von Spannungen beaufschlagt werden, deren Scheitelwerte annähernd symmetrisch in die Strom- und spannungsfreien 60°-Intervalle der Arbeitswicklungen fallen, und daß parallel zu den Steuerwicklungen je ein steuerbares Schaltglied mit einem vorgeschalteten Wirkwiderstand geschaltet ist, wobei die Bedingung erfüllt ist, daß die Impedanzen des geöffneten Schaltgliedes groß gegen die vorgeschalteten induktiven Widerstände sind und diese Widerstände ihrerseits groß gegen die in den Parallelzweigen liegenden Wirkwiderstände sind.In order to eliminate these disadvantages of the known circuit, according to According to the invention, an arrangement for controlling three-phase rectifier bridge circuits Proposed about saturable chokes, which is characterized in that the Control windings of the saturable chokes via non-saturable inductances of Tensions are applied whose peak values are approximately symmetrical in the Current and voltage-free 60 ° intervals of the working windings fall, and that parallel to the control windings each a controllable switching element with an upstream Resistance is switched, the condition being met that the impedances of the open switching element compared to the inductive resistances connected upstream and these resistances in turn are great compared to those in the parallel branches Resistances are.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Drehstromgleichrichterbrückenschaltung besteht aus den Gleichrichterelementen 1 bis 6. Diese Brücke wird von einem Drehstromnetz RST gespeist. Die Ausgangsgleichspannung UA wird an den Klemmen 7 abgenommen. In den Zuleitungen des Drehstromnetzes zu der Gleichrichterbrücke liegen sättigbare Drosseln 8 bis 10. Sie bestehen je aus einer Arbeitswicklung 8 a bis 10a und einer Steuerwicklung 8 b bis 10 b. Die Steuerwicklungen werden über vorgeschaltete nicht sättigbare Induktivitäten 17 bis 19 von Spannungen U,, beaufschlagt. Die Spannungen U,. haben eine solche Phasenlage, daß ihre Scheitelwerte genau in die Mitten der Strom- und spannungsfreien Zeitintervalle von 60° der zugehörigen sättigbaren Drossel fallen. Dies erreicht man durch eine geeignete Transformatorschaltung. In dem Ausführungsbeispiel ist ein in Stern/Stern geschalteter Transformator vorgesehen, an dem die verketteten Spannungen zur Speisung der Steuerwicklungen abgegriffen werden. Parallel zu den Steuerwicklungen der sättigbaren Drosseln liegen steuerbare Schaltglieder 11 bis 13, ,. denen Wirkwiderstände 14 bis 16 vorgeschaltet sind.' Diese Schaltglieder können beispielsweise aus antiparallel geschalteten, mit vorgeschalteten sättigbaren Drosseln versehenen Gleichrichtern bestehen. In Fig. 2 a ist ein solches Schaltglied dargestellt. Es handelt sich dabei praktisch um eine spannungssteuernde Magnetverstärkerschaltung für Vollwellenbetrieb. Die beiden Magnetverstärkerelemente bestehen aus den beiden sättigbaren Drosseln 21 und 22 mit den vorgeschalteten Gleichrichtern 25 und 26. Beide Elemente sind antiparallel geschaltet. Eine Vormagnetisierung der Elemente findet über die Steuerwicklungen 23 und 24 statt.In Fig. 1, an embodiment of the invention is shown. the Three-phase rectifier bridge circuit consists of rectifier elements 1 to 6. This bridge is fed by a three-phase network RST. The DC output voltage UA is picked up at terminals 7. In the supply lines of the three-phase network to the Rectifier bridge are saturable chokes 8 to 10. They each consist of one Working winding 8 a to 10 a and a control winding 8 b to 10 b. The control windings are supplied by voltages via upstream, unsaturable inductances 17 to 19 U ,, acted upon. The voltages U ,. have such a phase position that their peaks exactly in the middle of the current and voltage-free time intervals of 60 ° of the associated saturable choke drop. This can be achieved with a suitable transformer circuit. In the exemplary embodiment, a star / star-connected transformer is provided, at which the linked voltages for supplying the control windings are tapped will. There are controllable chokes parallel to the control windings of the saturable chokes Switching elements 11 to 13,,. which resistors 14 to 16 are connected upstream. ' These switching elements can, for example, consist of antiparallel, with upstream Rectifiers provided with saturable chokes exist. In Fig. 2 a, such a switching element is shown. It is practically about a voltage controlling magnetic amplifier circuit for full wave operation. The two Magnetic amplifier elements consist of the two saturable chokes 21 and 22 with the upstream rectifiers 25 and 26. Both elements are anti-parallel switched. The elements are premagnetized via the control windings 23 and 24 instead.

Andere Ausführungsformen des Schaltgliedes können aus antiparallel geschalteten steuerbaren Thyratronen 27 und 28 (Fig. 2b) oder antiparallel geschalteten steuerbaren steuerbaren Vierschichttrioden 29 und 30 (Fig. 2c) bestehen. Die Elemente der Schaltung nach Fig. 1 sind in folgender Weise bemessen: Die Impedanz des geöffneten Schaltgliedes 11 bis 13 sowie der induktive Widerstand der Steuerwicklungen 8 b bis 10b für den ungesättigten Zustand der Drosseln sind groß gegenüber dem induktiven Widerstand der vorgeschalteten Induktivität 17 bis 19. Die den Schaltgliedern vorgeschalteten Wirkwiderstände 14 bis 16 sind klein gegenüber den induktiven Widerständen der vorgeschalteten nicht sättigbaren Drosseln 17 bis 19.Other embodiments of the switching element can be made from anti-parallel connected controllable thyratrons 27 and 28 (Fig. 2b) or connected anti-parallel controllable controllable four-layer triodes 29 and 30 (Fig. 2c) exist. The Elements the circuit of Fig. 1 are dimensioned in the following way: The impedance of the open Switching element 11 to 13 and the inductive resistance of the control windings 8 b to 10b for the unsaturated state of the chokes are large compared to the inductive Resistance of the upstream inductance 17 to 19. The upstream of the switching elements Resistances 14 to 16 are small compared to the inductive resistances of the upstream non-saturable chokes 17 to 19.

Die Funktionsweise der Schaltung nach der Erfindung soll an Hand der Fig. 3 a bis 3 c erläutert werden. In der Fig. 3 a sind die Spannungsverläufe der drei Phasen RST aufgezeichnet. In Fig. 3 b stellen die voll ausgezogenen rechteckigen Blöcke von 120° die Zeitintervalle dar, in denen die Arbeitswicklungen der sättigbaren Drosseln von einer Spannung beaufschlagt werden. Während dieser Zeiten fließen entweder Magnetisierungs- oder Arbeitsströme über die Arbeitswicklung, je nach dem Sättigungszustand, den die Spannungen bei ihrem Erscheinen vorfinden. In der Fig. 3 b ist angenommen, daß während der ganzen Zeitintervalle Arbeitsströme fließen, d. h., daß die sättigbaren Drosseln sich beim Erscheinen der Spannung bereits im Zustand der Sättigung befinden. Die kommutierungsbedingten Verschleifungen dieser Rechteckblöcke sind der Einfachheit halber fortgelassen. Die strichpunktierte Kurve Usn 4 stellt die Sperrspannung am Ventil 4 der Gleichrichterbrückenschaltung dar. Von den beiden gezeichneten Stromblöcken J8 a fließt der positive über das Ventil 4 und der negative über das Ventil 1. Die Sperrspannung des Ventils 1 ist in der Figur nicht eingetragen. Im Zeitpunkt t1 (Fig. 3 b) verschwindet der Strom über die-Arbeitswicklung 8a und das Ventil 4. Nach einem Intervall von 60° wird im Zeitpunkt t2 die Arbeitswicklung 8 a in entgegengesetzter Richtung von einer Spannung beaufschlagt. Diese Spannung kann um so früher einen Strom über das Ventil 1 treiben, je weiter während der vorangegangenen Pause von 60° die sättigbare Drossel 8 ummagnetisiert worden ist. Es muß also während dieses Zeitintervalls eine Spannungszeitfläche mit entsprechendem Vorzeichen an der sättigbaren Drossel 8 wirksam werden. Fig. 3 c zeigt die den Steuerkreis der sättigbaren Drossel 8 speisende Spannung U,,. Sie liegt so, daß ihr Scheitelwert genau in die Mitte des Intervalls (t2 tr) fällt. Solange das Schaltglied 11 geschlossen ist, fällt die Spannung U" praktisch vollständig an der vorgeschalteten linearen Induktivität 17 ab (nicht schraffierte Spannungszeitflächen in Fig. 3 c). Für das Zeitintervall, in dem das Schaltglied geöffnet ist, liegt die Spannung U, auch an der Steuerwicklung 8 b (schraffierter Teil). In Fig. 3 c ist das Schaltglied 11 gerade während der arbeitsspannungsfreien Zeitintervalle der Wicklung 8 a geöffnet. Von der in Fig. 3 c schraffiert dargestellten Spannungszeitfläche wird jedoch nur der Teil zur Ummagnetisierung des Kernes der sättigbaren Drossel 8 verwertet, der nicht über die Sperrspannung Usn 4 hinausragt. In Fig. 3 b ist die zwischen den Zeiten t1 und t, an der Steuerwicklung wirksame Spannung gestrichelt eingetragen. Der schraffierte Teil dieser Spannungszeitfläche geht für die Ummagnetisierung des Kernes der Drossel 8 verloren. Da also nur eine begrenzte Spannungszeit$äche in den 60°-Intervallen wirksam untergebracht werden kann, kann die Ausgangsspannung der Anordnung nicht auf den beliebigen Wert zwischen Null . und dem Höchstwert eingestellt werden. Dies ist aber bei vielen Anlagen auch nicht erforderlich; man denke beispielsweise an die Steuerung des Stromes für ein Elektrolysebad. Hier braucht diese Spannung nur um wenige Prozente veränderlich zu sein. Mit Rücksicht darauf, daß die Sperrspannung (U"s4; Fig. 3b) zu Beginn sehr klein ist und mit Rücksicht auf das kommutierungsbedingte Übergreifen des Arbeitsstromblockes in das strom- und spannungsfreie Intervall empfiehlt es sich, die Spannung U" so zu legen, daß ihr Scheitelwert nicht genau in die Mitte des Intervalls (t,-t,) fällt, sondern im Sinne der Zeichnung etwas nach rechts verschoben liegt.The mode of operation of the circuit according to the invention will be explained with reference to FIGS. 3 a to 3 c. The voltage curves of the three phases RST are plotted in FIG. 3a. In Fig. 3b, the fully extended rectangular blocks of 120 ° represent the time intervals in which the working windings of the saturable chokes are acted upon by a voltage. During these times, either magnetising or working currents flow through the working winding, depending on the saturation state that the voltages find when they appear. In FIG. 3 b it is assumed that working currents flow during the entire time interval, ie that the saturable chokes are already in the state of saturation when the voltage appears. The commutation-related blurring of these rectangular blocks has been omitted for the sake of simplicity. The dash-dotted curve Usn 4 represents the blocking voltage at valve 4 of the rectifier bridge circuit. Of the two current blocks J8a shown, the positive one flows through valve 4 and the negative one through valve 1. The blocking voltage of valve 1 is not shown in the figure. At time t1 (FIG. 3 b) the current via the working winding 8a and the valve 4 disappears. After an interval of 60 °, a voltage is applied to the working winding 8a in the opposite direction at time t2. This voltage can drive a current through the valve 1 the earlier the further the saturable throttle 8 has been remagnetized during the previous pause of 60 °. A voltage-time area with a corresponding sign must therefore become effective at the saturable choke 8 during this time interval. Fig. 3 c shows the control circuit of the saturable choke 8 feeding voltage U ,,. It lies in such a way that its peak value falls exactly in the middle of the interval (t2 tr). As long as the switching element 11 is closed, the voltage U "drops practically completely across the upstream linear inductance 17 (non-hatched voltage time areas in FIG. 3c). The voltage U i is also present for the time interval in which the switching element is open of the control winding 8b (hatched part). In Fig. 3c, the switching element 11 is open precisely during the working voltage-free time intervals of the winding 8a. Of the voltage time area shown hatched in Fig Choke 8 is used, which does not protrude beyond the reverse voltage Usn 4. The voltage effective at the control winding between times t1 and t is plotted in dashed lines in Fig. 3b Since only a limited voltage area can be effectively accommodated in the 60 ° intervals, the Output voltage of the arrangement not to any value between zero. and the maximum value. However, this is also not necessary in many systems; think, for example, of controlling the electricity for an electrolytic bath. Here this tension only needs to be variable by a few percent. With regard to the fact that the reverse voltage (U "s4; Fig. 3b) is very small at the beginning and in consideration of the commutation-related overlapping of the working current block in the current- and voltage-free interval, it is advisable to set the voltage U" so that its peak value does not fall exactly in the middle of the interval (t, -t,), but is slightly shifted to the right in the sense of the drawing.

Bei den obengenannten Ausführungsformen des Schaltgliedes ergibt es sich selbsttätig, daß die an die Steuerwicklung der sättigbaren Drosseln gelangenden Spannungszeitflächen der Steuerspannung U,, immer symmetrisch zu dem Scheitelwert dieser Spannung liegen. Im Falle der Verwendung eines magnetischen Verstärkers (Fig. 2 a) als Schaltglied ist die Größe der an die Steuerwicklung der sättigbaren Drosse18 gelangenden Spannungszeitfläche um so größer, je geringer der magnetische Verstärker über seine Vormagnetisierungswicklungen 23 und 24 vormagnetisiert ist. Der sich im Steuerkreis ausbildende Strom unter Vernachlässigung des eigentlichen über die Steuerwickluqg 8 b fließenden Magnetisierungsstromes ist in Fig. 3 dargestellt. Solange das Schaltglied kurzgeschlossen ist, befindet sich im Kreis praktisch nur der induktive Widerstand 17. Wird beim Nulldurchgang dieses Stromes das Sättigungsgebiet des als magaetischer Verstärker ausgebildeten Schaltgliedes verlassen, dann ist schlagartig in dem Kreis ein so großer induktiver Widerstand wirksam, daß ein Strom praktisch nicht fließt. Daß diese Stromlücken und damit die aus der Steuerspannung ausgeschnittenen und an der Steuerwicklung der sättigbaren Drosse18 wirksamen Spannungszeitfiächen genau symmetrisch zum Scheitelwert liegen, läßt sich ganz einfach aus der Überlegung erkennen, daß in dem Kreis keine Wirkleistung auftreten kann, der Strom 1" also mit seiner Grundwelle um 90° gegen die Spannung U,, verschoben sein muß. Voraussetzungsgemäß ist ja der Wirkwiderstand 14 bis 16 als vernachlässigbar klein gegenüber dem induktiven Widerstand 17 bis 19 angenommen. Ähnliche Überlegungen gelten, wenn als Schaltglied die Ausführungsformen nach Fig.2b oder 2c Verwendung finden. Hier wird die Breite des wirksamen Spannungsausschnittes durch die Veränderung des Zündzeitpunktes variiert. Die Widerstände 14 bis 16 haben die Aufgabe, Kurzschlußströme zu unterbinden, die durch Rückwirkung der in der Wicklung 8 a fließenden Arbeitsströme auf die Steuerwicklung 8 b hervorgerufen werden. Die sättigbaren Drosseln 8 bis 10 können auch so ausgebildet sein, daß sie nur eine Wicklung besitzen, die sowohl den Arbeitsstrom als auch den Steuerstrom führt. In diesem Falle müssen die drei Steuerkreise allerdings von galvanisch getrennten Spannungen gespeist werden.In the above-mentioned embodiments of the switching element, it results automatically that the ones coming to the control winding of the saturable chokes Voltage-time areas of the control voltage U ,, always symmetrical to the peak value this tension lie. In the case of using a magnetic amplifier (Fig. 2 a) as a switching element is the size of the saturable choke18 connected to the control winding The voltage-time area reached, the greater the lower the magnetic amplifier is premagnetized via its bias windings 23 and 24. Which in the control circuit training current neglecting the actual about the Steuerwickluqg 8 b flowing magnetizing current is shown in FIG. As long as the switching element is short-circuited, there is practically only in the circle the inductive resistance 17. Becomes the saturation area at the zero crossing of this current of the switching element designed as a magnetic amplifier, then it is Suddenly an inductive resistance so great that a current becomes effective in the circle practically does not flow. That these current gaps and thus those from the control voltage voltage-time areas cut out and effective on the control winding of the saturable choke18 are exactly symmetrical to the peak value can be easily derived from the consideration recognize that no real power can occur in the circuit, that is, the current 1 " with its fundamental wave by 90 ° against the voltage U ,, must be shifted. As required the effective resistance 14 to 16 is negligibly small compared to the inductive one Resistance 17 to 19 assumed. Similar considerations apply when used as a switching element the embodiments according to Figure 2b or 2c are used. This is where the width becomes of the effective voltage segment varies by changing the ignition point. The resistors 14 to 16 have the task of preventing short-circuit currents that by the reaction of the working currents flowing in the winding 8a on the control winding 8 b. The saturable chokes 8 to 10 can also be designed so that they have only one winding that carries both the working current as well as the control current. In this case, however, the three control circuits must are fed by electrically isolated voltages.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for controlling the output voltage of a three-phase rectifier bridge circuit by influencing the saturation state of saturable chokes located in the three-phase supply lines to the rectifier bridge, this influencing taking place during the two 60 ° intervals for each period in which the working windings of the chokes are neither operated by one Voltage can still be acted upon by a current, characterized in that the control windings (8b to 10b) of the saturable chokes (8 to 10) are acted upon by voltages via non-saturable inductors (17 to 19) whose peak values are approximately symmetrical in the current and voltage-free 60 ° intervals of the working windings fall, and that a controllable switching element (11 to 13) with an upstream resistor (14 to 16) is connected in parallel to the control windings (8b to 10b), the condition that the impedances are met the open switchg lieder are large compared to the upstream inductive resistors (17 to 19) and these resistances in turn are large compared to the effective resistances (14 to 16) located in the parallel branches.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the Switching element made up of two anti-parallel connected, with upstream controllable, saturable chokes provided rectifiers (Fig. 2a).

3. Arrangement according to Claim 1, characterized in that the switching element consists of two anti-parallel connected controllable thyratrons (Fig. 2b).

4. Arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the switching element consists of two controllable ones connected in anti-parallel Four-layer triodes (Fig. 2c).

5. Arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that the saturable chokes (8 to 10) have only one winding have through which both the working and the control current flow.