DE1488842A1 - Umformeranordnung - Google Patents

Umformeranordnung

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DE1488842A1 DE19651488842 DE1488842A DE1488842A1 DE 1488842 A1 DE1488842 A1 DE 1488842A1 DE 19651488842 DE19651488842 DE 19651488842 DE 1488842 A DE1488842 A DE 1488842A DE 1488842 A1 DE1488842 A1 DE 1488842A1
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Description

Die Erfindung betrifft einen statischen Umformer zum Übertragen der elektrischen Leistung von einer Wechselstromquelle zu einem Gleichstromverbraucher.
Gemäss einem Merkmal der Erfindung ist ein statischer Umformer vorgesehen, der einen steuerbaren Gleichrichter sowie Torrichtungen zum einstellbaren Steuern der Phasenwinkel aufweist, bei welchen der Gleichrichter während jeder Eeriode der angelegten Wechselspannungsversorgung sowohl
■.'·■■■■■ / ■ .
gezündet als auch gelöscht wird, wodurch sowohl der mittlere Spähntmgswert als auch det Leistungsfaktor der durch den erwähnten Umformer übertragenen elektrischen Leistung gesteuert werden.
INSPECTED
Der Umformer kann ein— oder mehrphasig ausgebildet sein.
Bei einem gemäss der Erfindung ausgebildeten Umformer ist der mittlere Spannungswert abhängig von der Differenz zwischen den Phasenwinkeln,bei welchen der Gleichrichter gezündet und gelöscht wird; der Leistungsfaktor hängt von - · dem Verhältnis dieser Phasenwinkel zu den Winkeln ab, bei welchen die Versοrgungsspannung während jeder Periode ihren Spitzenwert erreicht.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, und zwar eines dreiphasigen Vollweg-lTmformers an Hand der Zeichnung; in dieser zeigen:
Fig» 1 die elektrische Schaltung des Umformers; Pig, 2 (a) bis (c) ein Betriebs-Zeitsteuerdiagranim.
In Fig. 1 ist eine Dreiphasen-Sekundärwicklung 10 eines Leistungstransformators gezeigt, dessen (nicht gezeigte) Primärwicklung mit einer Wechselstromquelle verbunden ist; . .... die Dreiphasen-Sekundärwicklung 10 ist über eine Umformeranordnung 11 mit einem Gleichstromverbraucher 12 verbunden,
Die Umformer-Anordnung 11 weist für jede Phase (Rot, Gelb, Blau) zwei in Serie miteinander verbundene Hauptr-Thyristören 13 und 14 (welche die zugehörigen Suffixe R, Y
9Q98U/Ö573
oder B besitzen) auf. Der Knotenpunkt ist mit einem Pol einer ; Phase der Wicklung 10 verbunden. Diese in jeder Phase liegenden zwei Hauptthyristoren gestatten, dass der Strom, wenn
die Thyristoren im leitenden Zustand sind, vom Pol der Wicklung 10 abfliessen bzw, zum Pol hin fliessen kann, Zwei
ihr
Dioden 15 und 16 sind in Serie angeordnet und t*r/Knotenpunkt ist mit dem neutralen Pol der Wicklung 10 verbunden. Im Betrieb ist die Diode 15 und 16 wirksam in Serie mit dem Verbraucher 12 geschaltet, um den durch die Thyristoren 14 bzw,
13 geleiteten Hauptstrom, während der Zustände, in denen in irgendeinem Zeitpunkt nur einer dieser Thyristoren leitend ist, zu leiten. Eine Glättungsdrossel 17 ist zwischen die
Diode 15 und den Verbraucher 12 geschaltet,.
Zwei in Serie miteinander verbundene Hilfs-Thyri'storen 18 und 19 (die wiederum die zugehörigen Suffixe R, Y oder B aufweisen) sind in jeder Phase den Haupt-Thyristoren 13 und
14 parallelgeschaltet; ein Kondensator 20 mit den Klemmen
2OA und 2OB liegt zwischen dem Knotenpunkt der Hilfs-Thyristoren IB und 19 und dem Knotenpunkt der Haupt-Thyristoren 13 und 14'. Zwei Zündimpuls-Steuergeräte 21 erzeugen für die Thyristoren 13, 14 bzw. 18, 19 Zündimpulse (Steuerimpulse), um die Zündung und Löschung der Haupt-Thyristoren 13, 14
gemäss vorherbestimmten Phasenwinkelwerten der an der Wicklung 10 auftretenden Spannung, zu bewirken.
Eine typische Betriebsfolge der Umformeranordnung '-' ": ■
■·' - :i ' ■ - ' ■■■■.·■..■;■: - - ;>νχο·τ--;γ;Γ;'
9098 14/0573
wird im folgenden für die rote Phase der' Wicklung 101mb— schrieben? diese Betriebsfolge ist für die Gelben und JBlauen Phasen die gleiche»
Zu Anfang wird der Hilfs-Thyristor 18 R durch einen Zündimpuls (Steuerimpuls) des Steuergeräts 21 angesteuert^ damit von der Wicklung 10 ein Ladestrom zum Aufladen des Kondensators 20 derart fliessen kann, dass das Potential an der Klemme 2OA positiv gegenüber dem Potential an aer Klemme 2OB wird. Der Haupt-Thyristor HR wird dann "bei einem vorherbestimmten Zündphasenwinkel angesteuert, üsadase ein Hauptstrom durch den Haupt-Thyristor 14 R und durch die Diode 15 und/oder den einen oder beide Haupt-Thyristoa?en Ψ5 ^ 13B, was von der Phasenlage des Zündimpulses —mLe un?ben schrieben werden wird - abhängt, in den Verbraucher kann.
In dem Zeitpunkt, in dem es bei einem voi&erbestiiniEten Löschphasenwinkel wünschenswert ist, diesen Haupiratrom jzm unterdrücken, wird der Hilf s-Thyristör 19 R durch einen -Zümi,---impuls (Steuerimpuls) des Steuergeräts 21 deraxlt -Bälgestextern, dass sich der Kondensator 20 über die Thyristoren 14 .R -sind 19 R entlädt und dabei den Thyristor 14 R in einen nicht ~L<e±- · tenden Zustand umschaltet. Der Kondensator 20 jömmt ftanm weiterhin Strom durch den Hilfsthyristor 19 R stuf, weiheher den Kondensator derart auflädt, dass das Potential, an ä*er Klemme 20 B positiv gegenüber dem Potential an der jELerame Ώ© A
9098U/0573
wird; der Thyristor 19 E. wird nicht leitend sobald der Kondensator 20 eine vorherbestimmte Ladung aufnimmt»-
Der Haupt-Thyristor 13 R wird dann bei einem vorherbestimmten Zündphasenwinkel angesteuert, sodass ein Hauptstrom in den Verbraucher 12 durch den Haupt-Thyristor 13 R und durch die Diode 16 und/oder den einen oder beide der Haupt-Thyristoren 14 Y, 14 B fliesst, was wie vorher, von der Phasenlage des· Zündimpulses abhängt« In dem Augenblick, in dem dieser Hauptstrom unterdrückt werden soll, wird der Hilfs-Thyristor 18 R durch einen Zündimpuls aus dem Steuergerät 21 derart angesteuert, dass sich der Kondensator 20" über die Thyristoren 13 R und 18 R entlädt und dabei den Haupt-Thyristor 13 R in einen nicht leitenden Zustand schaltet,
Der mittlere Spannungswert,der durch die Umformer— anordnung in jeder Phase und Periode übertragen wird, hängt von der Lage und Dauer des Stromflusswinkels in jeder Schwingungsperiode zwischen dem Ansteuern der Haupt-Thyristoren 13 und 14, die das Fliessen des Hauptstromes gestatten und der folgenden Unterdrückung dieses Hauptstromes ab»
Der Leistungsfaktor, der in jeder Schwingungsρeriode übertragenen Leistung wird durch das relative Verhältnis zwischen dem Stromflusswinkel und den Lagen der maximalen Spannung der Wechselstromquelle in jeder durch die Sekundärwicklung 10 entwickelten Schwingungsperiode gesteuert,
S098U/0573
Wenn beispielsweise der Stromflusswinkel symmetrisch zur Lage des Maximums der Sekundärspannung in jeder halben Schwingungs-■periode liegt, ist der Leistungsfaktor der dem Verbraucher in dieser halben Schwingungsperiode zugeführten Leistung gleich 1, Um den Leistungsfaktor nacheilend zu machen, muss die Anordnung so getroffen werden, dass ein grösserer Teil des Stromflusswinkels in die zweite Hälfte der erwähnten Halb-Schwingungsperiode fällt. Um den Leistungsfaktor voreilend zu machen, muss entsprechend der grössere Teil des Stromflusswinkels in der ersten Hälfte der erwähnten halben Schwingungsperiode zu liegen kommen.
Dieser Vorgang wird an Hand der in den Figuren 2 (a) bis (c) dargestellten Zeit-Steuerdiagramme näher veranschaulicht; die Zeit-Steuerdiagramme zeigen die relative Phasenlage für die (a) Hufs- und (b) Haupt-Auslöseimpulse sowie (c) für die Schwingungsperiode der Sekundärspannung (nur die rote Phase), um 75 f° des maximalen mittleren Spannungswertes bei Einheits-Leistungsfaktor zu erzeugen; der Stromflusswinkel (90°), während jeder halben Schwingungsperiode ist in gestrichelten Linien dargestellt.
Insbesondere wurden die Auslöseimpulse für die HilfsThyristoren vorgerückt, und die Auslöseimpulse für die Haupt-Thyristoren verzögert, und zwar um 15 gegenüber der Stellung, bei welcher der maximale mittlere Spannungswert erhalten würde, obgleich in dieser Stellung die Auslöse-
90 98 U/ 0 57 1J
-Ί -
impulse überflüssig SBCbn warsn« <üa bei dem beschriebenen Dreiphasensystem die natürJäa^fe Kominutation Platz; greifen
Wenn es erforderlich ist,, sfien mittleren Spannungswert bei Einheitsleistungsfakfcor amoh weiter zu vermindern, müssten die Auslöseimpulse für die Hilfs-Thyristoren noch weiter vorgerückt und die AuslaseiaipuTse für die Haupt-Thyristoren noch weiter verzögert werden und zwar um gleiche Beträge» Wenn diese Impulse beispielsweise um weitere 15 vorgerückt und verzögert werden, dann ist der Stromflusswinkel in jeder halben Schwingungsperiode 60°, was einen mittleren Spannungswert von 50 io des Maximums ergibt. Wenn die Impulse nochmals um weitere 15° (was insgesamt 45° ergibt) vorgerückt und verzögert werden, dann ist der Stromflusswinkel 30°,'was einen mittleren Spannungswert von 25 % des Maximums ergibt.
Unter diesen Bedingungen (Einheitsleistungsfaktor), wenn der Stromflusswinkel der Haupt-Thyristoren 120° in jeder halben Schwingungsperiode ist, was den maximalen mittleren Spannungswert ergibt, führen die Dioden 15 und 16 keinen Teil des Hauptstromes} ihr Stromflusswinkel steigt von 0° auf 60° an, wenn der der Haupt-Thyristoren von 120° auf 60°
der
abnimmtf Wenn danach/Stromflusswinkel der Haupt-Thyristoren von 60° aus abnimmt, s.o nimmt ebenfalls der Stromflusswinkel der Dioden mit dem der Haupt-Thyristoren gleichlaufend ab.
die spannung bei einem Nach-eilungs-Leistungsfaktor 9098U/0573
zu vermindern, sollten die Auslöseimpulse nur für die Haupt-Thyristoren oder sowohl für "beide, die Haupt- und HilfsThyristoren, verzögert werdenj und um die Spannung bei Voreilungs-Leistungsfaktor zu vermindern, müssten diese Auslöseimpulse vorgerückt werden»
Es ist somit zu erkennen, dass durch Steuern des Phasenwinkels in jeder Periode, bei welchem jeder Haupt-Thyristor zu leiten beginnt (zündet) und ebenfalls durch das Steuern des Phasenwinkels in dieser Periode, bei welchem jeder Haupt-Thyristor aufhört zu leiten (gelöscht wird) der .Betrag der durch die Umformer-Anordnung· übertragenen Leistung und der Leistungsfaktor gesteuert werden kann* Es ist weiterhin zu erkennen, dass für jeden Wert gewählter Komponenten die maximal durch die Umformeranordnung übertragbare Leistung, nahezu mit EinheitsXeistungsfaktor übertragen wird und, dass wenn der Leistungsfaktor von 1 abfällt, die maximale übertragbare Leistung abnimmte
9098U/0S73

Claims (1)

  1. P a, t, e η "t a η s ρ r ü' ο h e
    Statischer Umformer, der einen steuerbaren Gleichrichter sowie Steuervorrichtungen aufweist, welche zur einstellbaren Steuerung der Phasenwinkel dienen, bei welchen der Gleichrichter während jeder daran angelegten Schwingungsperiode der Wechselspannungsversorgung gezündet wird, dadurch gekennzeichnet , dass die erwähnten Steuervorrichtungen (21) ebenfalls die Phasenwinkel,bei welchen der Gleichrichter gelöscht wird, einstellbar steuern, womit durch Steuern sowohl der Zünd- als auch der Lösch-Phasenwinkel der mittlere Spannungswert und der Leistungsfaktor der durch den Umformer übertragenen elektrischen Leistung steuerbar ist.
    2, Umformer nach Anspruch i, gekennzeichnet durch mehrere "steuerbare Gleichrichter, die in der Form eines Brückennetzwerkes verbunden sind, wobei die erwähnte Wechselspannungsversorgung zwischen zwei in einer Richtung leitenden Mitteln (15, 16) eingeschaltet ist, und wobei die Mittel (15, 16) in Serie quer zu einer Diagonale der Brücke und einer Klemme (H, Y oder B) der anderen Diagonale der Brücke verbunden sind„
    3» Statischer Umformer nach Anspruch 1, zum Umformen einer mehrphasigen Wechselspannungsversorgung gekennzeichnet durch mehrere der. erwähnten steuerbaren
    9098 14/0573 v ■..,■:·-■"
    Gleichrichter,die miteinander verbunden sind, um eine Anzahl (drei) von Brückennetzwerken zu bilden, die gleich der Anzahl der Phasen der Versorgung ist, wobei jede Phase (R, Y und B) der Versorgungsspannung zwischen zwei in einer Richtung leitenden Mitteln (15» 16) angeschaltet ist, welche in Serie quer zu einer Diagonale gemeinsam mit jeder -Brücke und einer Klemme gemeinsam mit der anderen Diagonale jeder Brücke verbunden sind.
    4» Umformer nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass nur die steuerbaren Gleichrichter (13, 14 - R, γ oder B), welche in der oder jeder Brücke in deren ersten Armen benachbart zu der erwähnten einen Klemme angeschaltet sind, die erwähnte Leistung durch den Umformer übertragen, wobei die gesteuerten Gleichrichter (18, 19) - R, Y oder B)" in dem zweiten oder ver-
    oder jeder
    bleibenden Armen der/Brücke derart wirken, dass sie die Polarität einer Hilfsspannungsquelle steuern, welche quer zu der erwähnten anderen Diagonale j de_r oder jeder Brücke angeschaltet ist,
    5# Umformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Steuermittel die Zündung der erwähnten Gleichrichter in den ersten Armen der oder jeder Brücke durch die aufeinanderfolgende Anlage von Auslöseimpulsen direkt an die Gleichrichter (13> 14) - R, Y oder .B) bei gewünschten Phasenwinkeln der Wechselspannungs-
    9098U/0573
    Versorgung bewirken und die Löschung der erwähnten Gleich-'· - -""::ϊχ©ΐ3±«2ϊJU^x^^dt^Tsrafeinanderf olgende Anlage von Auslöseimpulsen direkt an die Gleichrichter (1.8, 19 -R, Y oder B) in den' zweiten Armen der oder jeder Brücke bei gewünschten Phasenwinkeln der Versorgungsspannung bewirken, wodurch bewirkt wird, dass die Polarität der Hilfsspannungsquelle derart ist, dass die Leitung der erwähnten Gleichrichter in den ersten Armen- dieser Brücke verhindert wird,
    6«, Umformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsspannungsquelle eine Kapazität (20) ist.
    7. Umformer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass der oder jeder steuerbare Gleichrichter ein Thyristor ist.
    9 O 9 8 U / O 5 7 :jf
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