DE1276809B - Umkehrstromrichter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H 02 j

Deutsche Kl.: 21 d2 - 45/02

Nummer: 1276 809

Aktenzeichen: P 12 76 809.1-32 (B 83974)

Anmeldetag: 2. Oktober 1965

Auslegetag: 5. September 1968

Umkehrstromrichter

Es sind mit Einzelventilen ausgestattete Umkehrstromrichter bekannt, die für jede Richtung des Gleichstromes in der Belastung aus einer Kaskade von zwei Teilstromrichtern bestehen. Unter einer Kaskade wird eine Reihenschaltung von Stromrichtern verstanden, von denen jeder eine sogenannte Kommutierungsgruppe bildet.

Bildet man beispielsweise eine Kaskade von zwei dreipulsigen Stromrichtern, die aus je drei in Stern geschalteten Ventilzweigen bestehen, bei denen einerseits die positiven und andererseits die negativen Pole der Ventile zusammengefaßt sind und die an den freien Ventilenden untereinander verbunden und deren Verbindungsleitungen an eine dreiphasige Wechselspannungsquelle angeschlossen sind, so entsteht die bekannte Dreiphasenbrückenschaltung. Die Ventile jedes Brückenzweiges sind gleichsinnig gepolt. Von den sechs Ventilen sind außerhalb der Kommutierungszeiten jeweils zwei in Reihe liegende Ventile stromführend.

Ein Umkehrstromrichter erfordert bekanntlich zwei Kaskadenanordnungen bzw. zwei Brückenanordnungen mit unterschiedlich gepolten Ventilen.

Es ist bekannt, daß bei Umkehrstromrichtern, bei welchen der Stromrichter für die eine Stromrichtung in Gleichrichteraussteuerung betrieben ist und der andere gegebenenfalls in Wechselrichteraussteuerung stromführungsbereit gehalten wird, Kreisströme auftreten können, die durch Kreisstromdrosseln zu begrenzen sind. Derartige Kreisstromdrosseln sind zwar entbehrlich, wenn durch besondere Steuermaßnahmen ein kreisstromloser Betrieb durchgeführt wird, jedoch ist auch in einem solchen Falle ihr Einbau zweckmäßig. Bei Eintritt eines Defektes der Steuerung besteht dann die Gewähr, daß der infolge dieser Betriebsstörung entstehende Kreisstrom, der durch einen in Reihe geschalteten Überstromschalter abzuschalten ist, in bestimmten Grenzen bleibt.

Zur Erzielung eines geglätteten Gleichstromes und zur Unterbindung eines lückenden Stromes, der insbesondere bei Speisung auf eine Gegenspannung, beispielsweise einer Gleichstrommaschine, auftreten kann, ist es bekanntlich außerdem notwendig, eine in den Gleichstromkreis eingeschaltete Gleichstromdrossel vorzusehen.

Bei Ausstattung des Umkehrstromrichters mit gesteuerten Halbleiterventilen, vor allem bei Anwendung der als Thyristoren bezeichneten Vierschichten-Halbleiterzellen, ist ferner darauf zu achten, daß an den gesperrt zu haltenden Ventilen keine übermäßig steil ansteigenden positiven Sperrspannungen auftreten, da diese die Ventile zum Durchzünden verAnmelder:

Brown, Boverie & Cie Aktiengesellschaft,

6800 Mannheim-Käfertal, Kallstadter Str. 1

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Reinhard Philipp, 6800 Mannheim - -

anlassen können, womit kurzschlußartige Kreisströme eingeleitet würden. Es ist aber bekannt, daß bei Teilaussteuerung am Ende der Kommutierung eines noch stromführenden Ventils im Augenblick des Stromnulldurchgangs eine mehr oder weniger hohe negative Sperrspannung auftritt. Dieser negative Spannungssprung erscheint bei Umkehrschaltungen am gegenparallelgeschalteten gesperrten Ventil als positiver Spannungssprung. Es besteht nun die Forderung, daß dieser eine höchstzulässige Steilheit nicht überschreitet.

Zur Unterdrückung oder Begrenzung der positiven Spannungssprünge an den gesperrten Ventilen hat man Anordnungen von in die Ventilstromkreise eingeschalteten Drosseln und parallelgeschalteten Kondensatoren, meist mit in Reihe geschalteten Widerständen, vorgesehen. Darüber hinaus sind auch Überspannungsbegrenzer angewendet worden.

Bei den bekannten Stromrichterschaltungen sind für die Glättung des Gleichstromes, zur Kreisstrombegrenzung und für die Unterdrückung oder Begrenzung der positiven Spannungssprünge an den gesperrten Ventilen verschieden geschaltete und damit getrennt angeordnete Drosseln vorgesehen worden. Dies bedingt einen nicht unbeträchtlichen Aufwand.

Durch die Erfindung soll dieser Aufwand an Drosseln herabgesetzt werden, und zwar durch besondere Schaltungsanordnungen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umkehrstromrichter, der als Kaskade von mehrpulsigen Teilstromrichtern mit wechselstromseitig paarweise zusammengefaßten, den beiden Richtungen des Gleichstromes zukommenden Einzelventilen ausgebildet ist, und in dessen Ventilstromkreis eine oder mehrere Drosseln eingeschaltet sind.

Die Erfindung ist bei einem Umkehrstromrichter dieser Art darin zu sehen, daß in einen Gleichstrom führenden Stromkreis oder in mehreren, Ventilströme führenden Stromkreisen der Kaskade eine unabhängig von der Betriebsweise des Stromrichters stets in gleicher Richtung stromdurchflossene Drosselanordnung

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mit einer oder mehreren Wicklungen, die erne Gleich- mit Ventilen 1, 3 bzw. 2, 4 wie in F i g. 1 vor. Ebenso Stromerregung bewirken, eingeschaltet ist. Diese sind die freien Enden der Ventile wieder mit den Drosselanordnung ist dann als Gleichstrom-Glättungs- beiden Sekundärwicklungen 5, 6 eines Transformators drossel, als Kreisstromdrossel und als Mittel zur Be- gemäß F i g. 1 verbunden, dessen Primärwicklung 7 grenzung von steilen Spannungsanstiegen an den 5 an ein Drehstromnetz R, S, T angeschlossen ist. Ventilen wirksam. » Zum Unterschied von der Schaltung nach F i g. 1

Der Erfindungsgedanke kann auf verschiedene sind bei der Anordnung nach Fig. 2 jedoch die Weise verwirklicht werden. Einige Schaltungsbeispiele paarweise zusammengefaßten Einzelventile gegensindafiir sind in F i g. 1 bis 3 dargestellt. Eine aus diesen nig gepolt. Außerdem ist die Drosselanordnung 9, die abgeleitete Schaltung zeigtF i g. 4. io wieder als eine Gleichstromdrossel mit einer Wickln Fig. 1 ist ein Umkehrstromrichter wieder- lung ausgeführt ist, an die untereinander verbundenen gegeben, bei welchem die Kaskade aus zwei drei- positiven bzw. negativen Pole der Ventile angeschlospulsigen Teilstromrichtern mit 180° el Phasenver- sen, während die Gleichstrombelastung 8 des Stromschiebung ihrer Zündfolge besteht. Dies ist ähnlich richters zwischen die Sternpunkte der beiden Sekunwie bei der Dreiphasenbrückenschaltung dadurch er- *5 därwicklungen gelegt ist.

reicht, daß bei dem einen Teilstromrichter die drei Eine andere Umkehrstromrichterschaltung, die

Ventile an ihrem positiven Pol untereinander in Ver- demselben Zweck dient, zeigt F i g. 3. Ihr besonderes bindung stehen, während bei den anderen Teilstrom- Merkmal ist, daß sie keinen Transformator erfordert, richtern die drei Ventile an ihrem negativen Pol zu- so daß der Stromrichter unmittelbar an das Drehsammengeschlossen sind. Diese Versetzung der Pha- 2° stromnetz R, S, T angeschlossen werden kann, senlage der Teilstromrichter hat bekanntlich zur Auch bei dieser Schaltung besteht der Stromrichter

Folge, daß die Gleichspannung der in Reihe geschal- aus Kaskaden von je zwei dreipulsigen Teilstromteten Teilstromrichter mit je einer dreipulsigen Gleich- richtern. Die paarweise zusammengefaßten Einzelspannung zusammengesetzt sechspulsig wird. ventile 1, 2 bzw. 3, 4 sind wie bei der Anordnung Die freien Enden der Ventile der beiden Teilstrom- 25 nach F i g. 1 gleichsinnig gepolt. Dementsprechend richter sind mit je einer Sekundärwicklung eines ist die Gleichstrombelastung 8 ventilseitig an die jemit einer Primärwicklung und zwei getrennten, in weils untereinander verbundenen positiven und nega-Stern geschalteten Sekundärwicklungen ausgestatteten tiven Pole der Ventile angeschlossen. Transformators verbunden. Die Primärwicklung ist Die Wechselstromspeisung der Teilstromrichter mit an ein Drehstromnetz angeschlossen. Für die beiden 30 den Ventilen 1, 3 bzw. 2, 4 erfolgt über getrennte Zu-Richtungen des Gleichstromes sind zwei Kaskaden leitungen 11 bzw. 12 aus einem Drehstromnetz, das mit verschieden gepolten Ventilen vorgesehen. wieder mit R, S, T bezeichnet ist. In die Zuleitungen Bei der Anordnung nach F i g. 1 sind die paar- 11 des einen Teilstromrichters der beiden Kaskaden weise zusammengefaßten Einzelventile gleichsinnig ist je eine Wicklung der aus drei Wicklungen begepolt. Die Gleichstrombelastung des Stromrichters 35 stehenden Drosselanordnung 9 eingeschaltet. Die drei ist ventilseitig an die jeweils untereinander verbun- Wicklungen besitzen einen gemeinsamen Eisenkern, denen positiven bzw. negativen Pole der Ventile an- Da die Summe der drei Wicklungsströme in jedem geschlossen, während die Drosselanordnung, die als Augenblick mit dem Gleichstrom übereinstimmt, ereine Gleichstromdrossel mit einer Wicklung ausge- fahrt der Drosselkern eine Gleichstromerregung. Daführt ist, zwischen die Sternpunkte der beiden Sekun- 40 mit ist die Wirkung der Drosselanordnung sowohl därwicklungen gelegt ist. für den Gleichstrom als auch für den Kreisstrom in Die Einzelventile des ersten und des zweiten Teil- den Ventilstromkreisen und hinsichtlich der Spanstromrichters der Kaskade für die eine Gleichstrom- nungsbegrenzung an den gesperrten Ventilen die richtung sind mit 1, 3, die der entsprechenden Teil- gleiche wie die der in den Schaltungen nach F i g. 1 stromrichter der Kaskade für die andere Gleichstrom- 45 und 2 vorgesehenen Drosselanordnungen, richtung mit 2, 4 bezeichnet. Der Transformator Mit den Schaltungsanordnungen nach F i g. 1 bis 3 besteht aus den Sekundärwicklungen 5 und 6 und der sind die Möglichkeiten einer Verwirklichung des Primärwicklung 7. Letztere ist an das mit R, S, T be- Erfindungsgedankens nicht erschöpft. Eine zweckzeichnete Drehstromnetz angeschlossen. Die Gleich- mäßige Weiterentwicklung dieser Schaltungen, die Strombelastung ist mit 8, die Gleichstromdrossel mit 9 5<> der Erzielung höherer Gleichspannungen mit denselbezeichnet. Die Sekundärwicklungen sind zweckmäßi- ben Einzelventilen in entsprechend größerer Anzahl gerweise so ausgeführt, daß sie eine relativ große dient, ist in F i g. 4 dargestellt. Streuung aufweisen, so daß sie magnetisch hinrei- Diese Schaltung ist eine Kombination der Schalchend entkoppelt sind. tungen nach F i g. 1 und 2, derart, daß als Gleich-Die beiden möglichen Richtungen des Gleich- 55 spannung an der Gleichstrombelastung 8 die Summe stromes sind durch einen ausgezogenen und einen der Teilgleichspannungen auftritt. Als Drosselanordgestrichelt gezeichneten Pfeil angedeutet. Wie man nung ist eine einzige Gleichstromdrossel 9 mit einer erkennt, bleibt die Gleichstromrichtung in der Dros- Wicklung vorgesehen.

selanordnung 9 unverändert. Die Drosselanordnung Die Stromrichterschaltung besteht aus je zwei Kas-

liegt im Gleichstromkreis und wirkt damit als Glät- ⁶° kaden für die beiden Gleichstromrichtungen. Sie sind tungsdrossel. Außerdem liegt sie jedoch auch in den an die in Stern geschalteten Sekundärwicklungen 5 a, Ventilkreisen, in denen ein Kreisstrom auftreten kann. 6 α bzw. 5 b, 6 b des mit vier Sekundärwicklungen Schließlich ist sie auch so angeordnet, daß etwaige und einer Primärwicklung versehenen Transformators positive Spannungssprünge an den gesperrt gehalte- angeschlossen. Die Primärwicklung 7 wird aus dem nen Ventilen durch sie abgefangen werden. 65 Drehstromnetz R, S, T gespeist.

Bei der weiteren Schaltung eines Umkehrstrom- Die paarweise zusammengefaßten Ventile la, 2a

richters nach F i g. 2 liegt eine ähnliche Kaskaden- und 3 a, 4 a sind gleichsinnig, die paarweise zusamanordnung aus zwei dreipulsigen Teilstromrichtern mengefaßten Ventile Ib, 2 b und 3 b, 4 b jedoch

gegensinnig gepolt. Die zu derselben Gleichstromrichtung gehörigen Ventile der Teilstromrichter sind in Reihe geschaltet. Die Drosselanordnung 9 ist zwischen die Sternpunkte der Sekundärwicklungen der jeweils ersten Kaskade, die Gleichstrombelastung 8 zwischen die Sternpunkte der Sekundärwicklungen der jeweils zweiten Kaskade gelegt. Die Schaltung ist im übrigen ohne weiteres verständlich, so daß auf ihre Wirkungsweise nicht näher eingegangen zu werden braucht.

In Reihe mit der erfindungsgemäßen Drosselanordnung 9 kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein ein- oder mehrpoliger Schalter 10 angeordnet werden. In den F i g. 1 und 2 ist ein solcher einpoliger Schalter 10 eingezeichnet. Dieser Schalter 10 ist ein Gleichstromschalter, der zur Unterbrechung des betriebsmäßigen Laststromes dient. Als Überstromschalter verwendet, dient er weiterhin zusammen mit der Drosselanordnung 9 der Begrenzung und Unterbrechung von kurzschlußartigen Kreisströmen und Überströmen im Lastkreis. Der Schalter erleichtert darüber hinaus das Einschalten des Umkehrstromrichters. Bei geöffnetem Schalter kann der Transformator ohne Rücksicht auf Einschwingvorgänge und auf die Lage der Steuerimpulse mit dem speisenden Netz verbunden werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Umkehrstromrichter, der als Kaskade von mehrpulsigen Teilstromrichtern mit wechselstromseitig paarweise zusammengefaßten, den beiden Richtungen des Gleichstromes zukommenden Einzelventilen ausgebildet ist, und in dessen Ventilstromkreise eine oder mehrere Drosseln eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Gleichstrom führenden Stromkreis oder in mehrere Ventilströme führende Stromkreise der Kaskade eine unabhängig von der Betriebsweise des Stromrichters stets in gleicher Richtung stromdurchflossene Drosselanordnung mit einer oder mehreren Wicklungen, die eine Gleichstromerregung bewirken, eingeschaltet ist.

2. Umkehrstromrichter nach Anspruch 1, bei welchem die Kaskade aus zwei dreipulsigen Teil-Stromrichtern mit 180° el Phasenverschiebung ihrer Zündfolge besteht, deren Wechselstromspeisung aus zwei in Stern geschalteten Sekundärwicklungen eines primärseitig an ein Drehstromnetz angeschlossenen Transformator erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise zusammengefaßten Einzelventile (1, 2 bzw. 3, 4) gleichsinnig gepolt sind und die Gleichstrombelastung (8) des Stromrichters ventilseitig an die jeweils untereinander verbundenen positiven bzw. negativen Pole der Ventile (1 bzw. 4 und 2 bzw. 3) angeschlossen ist, während die Drosselanordnung (9) zwischen die Sternpunkte der beiden Sekundärwicklungen (5, 6) gelegt ist (Fig. 1).

3. Umkehrstromrichter nach Anspruch 1, bei welchem die Kaskade aus zwei dreipulsigen Teilstromrichtern mit 180° el Phasenverschiebung ihrer Zündfolge besteht, deren Wechselstromspeisung aus zwei in Stern geschalteten Sekundärwicklungen eines primärseitig an ein Drehstromnetz angeschlossenen Transformators erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise zusammengefaßten Einzelventile (1, 2 bzw. 3, 4) gegensinnig gepolt sind und die Drosselanordnung (9) an die jeweils untereinander verbundenen positiven bzw. negativen Pole der Ventile (1 bzw. 4 und 2 bzw. 3) angeschlossen ist, während die Gleichstrombelastung (8) des Stromrichters zwischen die Sternpunkte der beiden Sekundärwicklungen (5, 6) gelegt ist (Fig. 2).

4. Umkehrstromrichter nach Anspruch 1, bei welchem die Kaskade aus zwei dreipulsigen Teilstromrichtern mit 180° el Phasenverschiebung ihrer Zündfolge besteht, deren Wechselstromspeisung über getrennte Zuleitungen aus einem Drehstromnetz erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise zusammengefaßten Einzelventile (1, 2 bzw. 3, 4) gleichsinnig gepolt sind und die Gleichstrombelastung (8) des Stromrichters ventilseitig an die jeweils untereinander verbundenen positiven bzw. negativen Pole der Ventile (1 bzw. 4 und 2 bzw. 3) angeschlossen ist, während je eine Wicklung der aus drei Wicklungen und einem gemeinsamen Eisenkern bestehenden Drosselanordnung (9) in die Zuleitungen (11 oder 12) jeweils eines Teilstromrichters der beiden Kaskaden eingeschaltet ist (F i g. 3).

5. Umkehrstromrichter nach Anspruch 2 und 3, bestehend aus je zwei Kaskaden für die beiden Gleichstromrichtungen, deren Teilstromrichter wechselstromseitig an die in Stern geschalteten Sekundärwicklungen eines mit vier Sekundärwicklungen und einer Primärwicklung versehenen Transformators angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise zusammengefaßten Ventile (la, la und 3 a, 4 a) der Teilstromrichter von zwei Kaskaden gleichsinnig und die paarweise zusammengefaßten Ventile (Ib, 2b und 3 b, 4 b) der Teilstromrichter von zwei anderen Kaskaden gegensinnig gepolt sind, daß die zur selben Gleichstromrichtung gehörigen Einzelventile der Teilstromrichter in Reihe geschaltet sind und die Drosselanordnung (9) zwischen die Sternpunkte der Sekundärwicklungen (Sa, 6 a) der zuerst genannten zwei Kaskaden (la bis 4a) und die Gleichstrombelastung (8) zwischen die Sternpunkte der Sekundärwicklungen (Sb, 6 b) der an zweiter Stelle genannten zwei Kaskaden (Ib bis 4b) gelegt ist (Fig. 4).

6. Umkehrstromrichter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Drosselanordnung (9) ein ein- oder mehrpoliger Schalter (10) in Reihe geschaltet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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