DE1413461C - Stromrichterschaltung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromrichter- Mittelwerte der beiden Spannungen werden indessen

schaltung, vorzugsweise für Motorbetrieb, mit wenig- dabei nicht geändert, da bei einem Trapezkurven-

stens zwei Stromrichtergruppen, von denen die eine umrichter der Mittelwert gleich dem Amplitudenwert

als Gleichrichter, die andere als Wechselrichter ar- ist und nicht geändert werden kann,

beitet, und mit einer Leitspannungsquelle, die sowohl 5 Gemäß einer Ausführung der Erfindung können

Frequenz als auch Amplitude und Kurvenform der die genannten Steuerkreise einen spannungsrich-

Ausgangsspannung beider Gruppen bestimmt. tungsabhängigen Spannungsteiler zwischen der Leit-

Für Motoren mit regelbarer und umkehrbarer Spannungsquelle und den beiden Stromrichtergrup-

Drehzahl sind in letzter Zeit mehrere Stromrichter- .pen und nach einer anderen Ausführungsform einen

Schaltungen mit wenigstens zwei Stromrichtergrup- io Spannungsteiler zwischen der Leitspannungsquelle

pen entwickelt worden, von welchen die eine als und den beiden Stromrichtergruppen haben, der

Gleichrichter und die andere als Wechselrichter zwei einander entgegengeschaltete Gleichspannungs-

wirkt. Eine solche Stromrichterschaltung kann bei- quellen enthält, deren Potential dem Amplituden-

spielsweise aus zwei Stromrichtern in 8-Schaltung wert der Leitspannung folgt.

(Kreuz-Schaltung) für umkehrbaren Betrieb von 15 Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeich-

Gleichstrommotoren oder aus einem sogenannten nung erläutert. In dieser zeigt

Umrichter ohne Gleichstromzwischenstufe bestehen. F i g. 1 eine Stromrichterschaltung in Form einer

Der zuletzt genannte Stromrichter kann beispiels- Umrichterschaltung ohne Gleichstromzwischenkreis,

weise so ausgebildet sein, daß der Umrichter für F i g. 2 eine der Möglichkeiten zur Lösung der Er-

jede Phase der Ausgangsseite zwei antiparallel ge- 20 findungsaufgabe,

schaltete Ventilgruppen hat, die am speisenden F i g. 3 und 4 die aus F i g. 2 folgende Kurvenfor-

Wcchselstromnetz angeschlossen sind. men,

• Bei solchen Stromrichterschaltungen treten Aus- F i g. 5 eine verbesserte Kurvenform,

gleichströme auf, die bei einfachen Verhältnissen, F i g. 6 eine andere Schaltung nach der Erfindung

wie z. B. 1 : 2, 1 : 3, 1 : 4 usw., oder auch 2 : 3, 3 : 4, 25 und

zwischen Eingangsfrequenz und Ausgangsfrequenz F i g. 7 die Kurvenform der Schaltung nach

Gleichströme sind, während sie bei Frequenzverhält- Fig. 6.

nissen, die zwischen solchen einfachen Verhältnissen In Fig. 1 ist ein Umrichter gezeigt, der ein Priliegen, den Charakter von niederfrequenten Wechsel- märnetz rst mit einem Sekundärnetz uvx verbindet, strömen haben. Um solche Ströme zu vermeiden, 30 das zum Betrieb eines Wechselstrommotors 13 dient, muß man in die Stromrichtersteuerung eingreifen, Der Umrichter umfaßt sechs Ventilgruppen 1 bis 6 wobei man zweckmäßigerweise die Leitspannung mit je drei steuerbaren Ventilen. Jede Phase des ändert, die die Ausgangsspannung und Ausgangsfre- Sekundärnetzes ist mit dem Primärnetz durch ein quenz der Stromrichterschaltung angibt. Bei einer ge- Paar Ventilgruppen und zugehörige Drosselspulen wohnlichen 8-Schaltung können die Ausgleichströme 35 7 bis 12 verbunden. Wenn die Ventilgruppen 1 bis 6 ganz einfach dadurch vermieden werden, daß man mit Hilfe einer in bekannter Weise hergeleiteten die Gleichrichtergruppe mit niedrigerer Spannung als Leitspannung mit derselben Phasenzahl wie das Sedie Wechsclrichtergruppe betreibt. Eine solche ein- kundärnetz gesteuert werden, wird seine Spannung fache Lösung kann jedoch nicht bei einer Umrichter- dieser Leitspannung sowohl in Hinsicht auf Spanschaltung verwendet werden, bei der innerhalb jedes 40 nung als auch Frequenz folgen. Die beiden zu einer Paares von Ventilgruppen jede Gruppe in jeder Phase des Sekundärnetzes gehörenden Ventilgrup-Periodc zwischen Gleichrichtung und Wechselrich- pen werden ein Paar von Stromrichtergruppen biltung wechselt. Eine naheliegende Maßnahme wäre den, und während einer Halbperiode wird die eine es, für jede der beiden Stromrichtergruppen eine feste Gruppe als Gleichrichter, die andere als Wechsel-Gleichspannung zu der Leitspannung zu addieren, 45 richter arbeiten. In der nächsten Halbperiode wird aber dies ergibt eine schlechte Kurvenform der Aus- das Verhältnis umgekehrt sein. Wenn dabei die gangsspannung, wenn die Frequenz niedrig und/oder Leitspannung für beide Gruppen gleich ist, werden, die Amplitude auf der Ausgangsseite klein ist. wie früher erwähnt, Ausgleichströme entstehen, die

Aufgabe der Erfindung ist es, auch bei einer Gleichströme oder niederfrequente Wechselströme

Stromricliterschaltung der eingangs genannten Art 50 sind. Diese können recht hoch werden, weil der

Ausglcichströme zu vermeiden. Erfindungsgemäß ist Widerstand in dem Kreis, der die Ventile 1 und 2,

eine solche Stromrichtcrschaltung so ausgebildet, daß die Drosselspulen 7 und 8 und die Phasenleiter des

zwischen den beiden Stromrichtergruppen Steuer- Primärnetzes enthält, ziemlich klein ist.

kreise derart angeordnet sind, daß ein positiver Die genannten Ströme können vermieden werden,

Unterschied zwischen dem Mittelwert der Halb- 55 wenn man dafür sorgt, daß die Spannung der gleich-

periode für Wechsclrichtung und dem Mittelwert der richtenden Gruppe ständig niedriger als die Wech-

Halbperiode für Gleichrichtung erhalten wird, der selrichterspannung ist, wobei es denkbar wäre, eine

mit wachsender Amplitude der Leitspannung zu- Schaltung nach Fig. 2 zu verwenden. In dieser sind

nimmt. in einphasiger Ausführung die beiden Ventilgrup-

Bei sogenannten Trapezkurvenumrichtern, bei 60 pen 1 und 2 zwischen Primärnetz rst und Sekundärdenen die Stcucrspanniing nur die Frequenz, aber phase χ geschaltet dargestellt. Für die Steuerung dienicht die Amplitude und Kurvenform der Ausgangs- ser beiden Stromrichter ist eine Leitspannungsspannung des Umrichters beeinflussen kann, ist es quelle 14 angedeutet, deren Spannung und Frequenz zwecks Vermeidung von Kreisströmen bekannt, den der im Sekundärnetz gewünschten Spannung und Wechselrichterbcrcich etwas länger als den Gleich- 65 Frequenz entsprechen. Die Leitspannungsquelle 14 richterbereich zu machen, wobei das Spannungs- ist an den Stromrichtern über Widerstände 15 und 16 Zeit-Integral des ersten Bereichs gleich dem oder angeschlossen, und zwischen diesen und den Stromgrößer als das integral des zweiten Bereichs ist. Die richtern ist ein Spannungsteiler geschaltet, der zwei

Widerstände 17 und 18 umfaßt und dessen Mittelpunkt über einen Widerstand 19 an einem Verbindungspunkt zwischen den Steuerkreisen für die beiden Stromrichter angeschlossen ist. Um zu erreichen, daß in jedem Augenblick die Ausgangsspannung von der als Gleichrichter arbeitenden Stromrichtergruppe kleiner ist als die von der als Wechselrichter arbeitenden, sind zwei entgegengeschaltete Gleichspannungsquellen 20 und 21 eingeschaltet. In dieser Weise werden die beiden Stromrichterspannungen eine Kurvenform bekommen, wie aus F i g. 3 hervorgeht. In dieser Figur sind einmal die Spannungen E₂₀ und E₂₁ von den Gleichspannungsquellen 20 und 21 und zum andern die beiden Leitspannungen L1 und L 2 gezeigt, die den Ventilgruppen 1 bzw. 2 zugeführt werden. Ohne diese Gleichspannungsquellen würden die beiden Kurven zusammenfallen. Mit richtiger Schaltung wird während der zuerst gezeigten Halbperiode die Ventilgruppe 2 als Gleichrichter und die Ventilgruppe 1 als Wechselrichter arbeiten, während in der nächsten Halbperiode das Verhältnis umgekehrt wird. Dadurch wird die Phasenspannung x, die mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist, eine Kurvenform bekommen, die aus den Halbperioden der beiden Teilspannungen zusammengesetzt ist, die die kleinste Amplitude haben, und die entsprechende Wechselrichterspannung wird aus den Halbperioden mit größter Amplitude bestehen.

Der in F i g. 2 und 3 gezeigte Fall kann an sich als zufriedenstellend betrachtet werden, da die dort gezeigte Kurvenform der Spannung χ eine gute Annäherung an die Sinusform ergibt. Weniger günstig wird jedoch das Verhältnis bei niedriger Spannung oder Frequenz des Sekundärnetzes, in welchem Fall die Spannungskurven, wie in F i g. 4 gezeigt, aussehen werden. In diesem Fall wird der Einfluß der Gleichspannungen E₂₀ und E₂₁ unnötig groß, wodurch die Spannung χ das Aussehen von einigen verhältnismäßig kurzen Sinushalbwellen mit kleiner Amplitude bekommt, die durch lange spannungslose Intervalle getrennt sind.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, die Steuerkreise des Stromrichters derart anzuordnen, daß der Unterschied zwischen Wechselrichter- und Gleichrichterspannung von der Amplitude der Leitspannung abhängig wird. Ein solches Resultat kann erreicht werden, wenn die Spannungen E₂₀ und E₂₁ in Abhängigkeit von der Amplitude der Leitspannungsquelle verändert werden, beispielsweise proportional zu dieser. In diesem Fall werden bei niedriger Spannung oder Frequenz die Leitspannungskurven an Stelle des in F i g. 4 gezeigten Aussehens das in F i g. 5 gezeigte annehmen. Dadurch, daß die Spannungen E₂₀ und E₂₁ dem Amplitudenwert der Leitspannung folgen, werden sie in diesem Fall kleine Werte annehmen, und die Ausgangsspannung x, die immer noch den Halbperioden folgt, die die kleinste Amplitude haben, wird annähernd sinusförmig und die spannungslosen Intervalle zwischen den Halbperioden werden ziemlich kurz.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung geht aus F i g. 6 hervor, die den in F i g. 2 angedeuteten Spannungsteiler mit den Widerständen 17 und 18 darstellt. Aus diesem Spannungsteiler sind die Span-S nungsquellen 20 und 21 weggelassen und statt dessen Teile der Widerstände 17 und 18 mit Hilfe von Dioden 22, 23 kurzgeschlossen worden. Durch diese Ausführung der Spannungsteiler wird die an eine Stromrichtergruppe gelieferte Leitspannung während

ίο der einen Halbperiode nicht von der entsprechenden Diode beeinflußt, während in der anderen Halbperiode diese Diode einen Teil der Leitspannung kurzschließen wird, wodurch die Amplitude dieser Halbperiode kleiner wird als die erstere. In dieser Weise werden die beiden Leitspannungen das in F i g. 7 gezeigte Aussehen erhalten, wo die Leitspannung L1 mit gestrichelter Linie und die Leitspannung L 2 mit voller Linie dargestellt ist. Wie im vorhergehenden Fall wird die Ausgangsspannung χ eine Kurvenform erhalten, die einer aus den Halbperioden mit der kleinsten Amplitude zusammengesetzten Kurvenform entspricht; in diesem Fall kommen keine spannungslosen Intervalle vor, wodurch die Kurvenform im wesentlichen sinusförmig wird.

as Für die in F i g. 2 und 6 gezeigten Schaltungen ist wesentlich, daß die Leitspannung für die gleichrichtende Gruppe kleiner ist als die für die wechselrichtende Gruppe und daß der Unterschied vom Amplitudenwert der Leitspannung abhängt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Stromrichterschaltung, vorzugsweise für Motorbetrieb, mit wenigstens zwei Stromrichtergruppen, von denen die eine als Gleichrichter, die andere als Wechselrichter arbeitet, und mit einer Leitspannungsquelle, die sowohl Frequenz als auch Amplitude und Kurvenform der Ausgangsspannung beider Gruppen bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Stromrichtergruppen Steuerkreise derart angeordnet sind, daß ein positiver Unterschied zwischen dem Mittelwert der Halbperiode für Wechselrichtung und dem Mittelwert der Halbperiode für Gleichrichtung erhalten wird, der mit wachsender Amplitude der Leitspannung zunimmt.

2. Stromrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Steuerkreise einen spannungsrichtungsabhängigen Spannungsteiler (17, 18, 22, 23) zwischen der Leitspannungsquelle (14) und den beiden Stromrichtergruppen haben (F i g. 6).

3. Stromrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Steuerkreise einen Spannungsteiler (17, 18) zwischen der Leitspannungsquelle (14) und den beiden Stromrichtergruppen mit zwei einander entgegengeschalteten Gleichspannungsquellen (20, 21) haben, deren Potential dem Amplitudenwert der Leitspannung folgt (F i g. 2).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen