DE1513466C - Verfahren und Anordnung zur Steu erung der Ausgangsspannung eines statischen Gleichrichters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Ausgangsspannung eines statischen Gleichrichters, welcher durch eine Anordnung von gleichstromseitig in Reihe geschalteten Einphasen-Brückenschaltungen gebildet ist, bei welchen zwei in bezug auf die Gleichstromklemmen in Reihe liegende Zweige mit Gleichrichterdioden und die beiden anderen mit steuerbaren Gleichrichtern bestückt sind und bei welchen ferner die Wechselstromklemmen einzeln durch die Sekundärwicklunugen eines Leistungstransformators gespeist sind sowie auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

ίο Einphasen-Brückenschaltungen, die in zwei Zweigen steuerbare Gleichrichter und in den beiden anderen Brückenzweigeri ungesteuerte Gleichrichter enthalten, sind beispielsweise aus der »Siemens-Zeitschrift«, 1964, Heft 4, S. 252, bekannt. Aus der Zeitschrift »Internationale elektronische Rundschau«, 1963, Nr. 11, S. 594, ist es auch bekannt, solche »halbgesteuerten« Brückenschaltungen gleichstromseitig in Reihe zu schalten, so daß sich die mittlere Ausgangsspannung des Gleichrichters aus der Summe der mittleren gleichgerichteten Spannungen der einzelnen Brücken ergibt, unabhängig von der Phasenlage der Speisespannungen an den einzelnen Brükken. Bei einer solchen Anordnung ist es möglich, die Ausgangsspannung durch Sperren oder Entsperren der steuerbaren Gleichrichter der einzelnen Brückenschaltungen in groben Stufen zu ändern, wobei dann der Gleichstrom in den gesperrten Brückenschaltungen über die Gleichrichterdioden fließt.

Zusätzlich ist eine Feinsteuerung der Spannung innerhalb jeder Brückenschaltung möglich. Diese Feinsteuerung kann in mehreren Brückenschaltungen gleichzeitig und unabhängig erfolgen; es ist aber aus der deutschen Patentschrift 640 958 bereits bekannt, die Feinsteuerung der Spannung jeweils nur in einer der in Reihe geschalteten Brückenschaltungen vorzunehmen und die übrigen Brückenschaltungen voll auszusteuern. Die Anwendung dieses Prinzips bei in Reihe geschalteten Gleichrichterbrücken in unsymmetrischer Halbsteuerung ist bereits Gegenstand des älteren Patents 1438 776.

Bei allen diesen bekannten oder älteren Anordnungen erfolgt die Feinsteuerung der Spannung in der üblichen Phasenanschnittsteuerung, also dadurch, daß die Zündung der gesteuerten Gleichrichter in jeder Periode mehr oder weniger stark verzögert wird. Dabei bestehen die bekannten Schwierigkeiten und Nachteile der Phasenanschnittsteuerung, insbesondere das Auftreten zu hoher Ströme, wenn alle parallelgeschalteten Elemente nicht genau im gleichen Augenblick gezündet werden, eine sehr plötzliche Ausbildung der Anodenspannungen, wenn der Zündwinkel in der Nähe von 90° liegt, die Notwendigkeit der Abgleichung der gesperrten Vorwärtsspannungen und der Sperrspannungen der in Reihe geschalteten Elemente, zu hohe Vorwärtsspannungen, wenn alle in Reihe geschalteten Elemente nicht genau im gleichen Augenblick gezündet werden sowie das Erscheinen von störenden Oberwellen und eines übermäßigen nacheilenden Blindstroms infolge der verzögerten Zündungen. Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs angegebenen Art, mit dem ohne Veränderung des Zündwinkels der steuerbaren Gleichrichter eine Feinsteuerung der Spannung möglich ist.

Nach der Erfindimg wird dies dadurch erreicht, daß bei stufenweiser Veränderung der Zahl jeweils voll ausgesteuerter Einphasen-Brückenschaltungen eine der anderen Brückenschaltungen zur Erzeugung

von Zwischenstufen derart gesteuert wird, daß für eine periodisch wiederkehrende, konstante Halbwellenzahl ein wählbarer Anteil dieser Halbwellenzahl voll ausgesteuert und verbleibender Anteil der Halbwellen zu Null gesteuert wird.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung erfolgt die Feinsteuerung der Spannung dadurch, daß jeweils in einer Brückenschaltung die steuerbaren Gleichrichter jeweils in einigen Halbwellen voll ausgesteuert und in anderen Halbwellen zu Null gesteuert werden. Wenn beispielsweise für die periodisch wiederkehrende konstante Halbwellenzahl vier Halbwellen gewählt werden, können drei Zwischenstufen der Spannung erhalten werden: Für die erste Zwischenstufe sind die steuerbaren Gleichrichter in jeder vierten Halbwelle voll ausgesteuert und in den drei dazwischenliegenden Halbwellen zu Null gesteuert; für die zweite Zwischenstufe sind die steuerbaren Gleichrichter in jeder zweiten Halbwelle voll ausgesteuert und für die dritte Zwischenstufe sind sie in jeweils drei aufeinanderfolgenden Halbwellen voll ausgesteuert und in jeder vierten Halbwelle zu Null gesteuert.

Die Feinsteuerung der Spannung erfolgt dabei stufenweise, doch ist dies praktisch kein Nachteil, denn die Stufen können durch entsprechende Wahl der periodisch wiederkehrenden Halbwellenzahl beliebig klein gemacht werden.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß die Feinsteuerung nach dem Prinzip »alles oder nichts« erfolgt; daher ist es möglich, die Steuerung ausschließlich mit Hilfe von binär arbeitenden logischen Schaltungen vorzunehmen.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung mit mehreren gleichstromseitig in Reihe geschalteten Einphasen-Brückenschaltungen, bei welchen zwei in bezug auf die Gleichstromklemmen in Reihe liegende Zweige mit Gleichrichterdioden und die beiden anderen mit steuerbaren Gleichrichtern bestückt sind und bei welchen ferner die Wechselstromklemmen einzeln durch die Sekundärwicklungen eines Leistungstransformators gespeist sind und mit Erregungsschaltungen zum Anlegen von Erregungssignalen an die Steuerelektroden jedes steuerbaren Gleichrichters, ist daher gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein von der gleichzurichtenden Wechselspannung gesteuerter Rechtecksignalgenerator mit mehreren Ausgängen vorgesehen ist, der so ausgebildet ist, daß er an jedem dieser Ausgänge eine Folge von Rechtecksignalen abgibt, die sich über die voll ausgesteuerten Halbwellen erstrekken, die jeweils einem der wählbaren Anteile entsprechen, daß jeder Einphasen-Brückenschaltung ein Gatterblock zugeordnet ist, der eine Gruppe von UND-Gattern enthält, von denen ein Eingang jeweils an einen Ausgang des Rechtecksignalgenerators angeschlossen ist, während die zweiten Eingänge der UND-Gatter mit aufeinanderfolgenden Ausgängen einer Steueranordnung verbunden sind, die jeweils an einem Ausgang ein Signal des Binärwerts 1 abgibt, und daß die Ausgänge der UND-Gatter über ein ODER-Gatter mit den Erregungsschaltungen der zugeordneten Einphasen-Brückenschaltungen verbunden sind. Mit dieser Anordnung ist je nach der Ausbildung der Steueranordnung sowohl eine Steuerung der Ausgangsspannung von Hand als auch eine automatische Regelung in Abhängigkeit von einer beliebigen Regelgröße, beispielsweise von dem abgegebenen Gleichstrom, möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit weiteren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Einzelheiten wird an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Übersichtsschema einer Anordnung nach der Erfindung,

F i g. 2 ein Diagramm der bei einer Spannungserhöhung nacheinander zur Wirkung kommenden Halbwellen,

F i g. 3 eine Tabelle der Zählerstände einer Vorwärts- und Rückwärtszählanordnung und der entsprechenden Betriebszustände,

Fig. 4 eine genaues Schaltbild eines Teils der Anordnung von Fig. 1,

F i g. 5 den zeitlichen Verlauf verschiedener Signale der Anordnung von F i g. 1 und

F i g. 6 Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des Rechtecksignalgenerators in der Anordnung von Fig. 1.

In der nachstehenden Beschreibung werden die üblichen Bezeichnungen der logischen Schaltungen mit statischen Elementen benutzt, wobei mit den Zahlen 1 oder O das Vorhandensein oder das Fehlen eines Signals gekennzeichnet ist.

In F i g. 1 ist stark ausgezogen ein Leistungskreis dargestellt, in welchem ein Strom / fließt. Dieser Kreis besteht im wesentlichen aus einem (strichpunktiert umrahmten) Leistungstransformator H, dessen Sekundärwicklungen 33, 34, 35 und 36 in der dargestellten Weise an Brückenschaltungen I, II, III und IV angeschlossen sind, welche aus Dioden D₁ bis D₈ und steuerbaren Gleichrichtern T₁ bis T₈, z. B. Thyristören, bestehen. Diese Brückenschaltungen speisen einen Motor M mit Reihenschlußerregung über eine Glättungsdrossel 5. Die Primärwicklung 10 des Transformators H liegt an einer Wechselspannung U. Der Klarheit wegen ist nur ein einziges Element je Brükkenzweig dargestellt, es ist jedoch selbstverständlich, daß bei hohen Spannungen und Strömen jeder Zweig eine Reihen-Parallelschaltung von Gleichrichtern aufweisen kann, wobei der Ausgleich der Spannungen automatisch durch die Sekundärwicklungen des Transformators H erfolgt, wenn die Zahl der in Reihe geschalteten Elemente gleich 1 ist.

In F i g. 1 sind ferner mit starken Strichen die verschiedenen Organe dargestellt, deren Ausbildung und Aufgabe weiter unten im einzelnen beschrieben sind, nämlich ein Strommeßglied R, eine Vergleichsschaltung G₀, eine Vorwärts- und Rückwärtszählanordnung Q, D, elektronische Gatterblöcke R₁ bis R₁, F₁ bis F₄ und B₁ bis B₄, Modulatoren A₁ bis A_s, Trenntransformatoren H₁ bis H₈, ein Umschalter K und ein Rechtecksignalgenerator G₃, der an mehreren Ausgängen verschiedene Folgen von Rechtecksignalen abgibt.

Die Gleichspannung des durch die Brückenschaltungen I bis IV gebildeten Umformers kann von Hand mittels des Umschalters K eingestellt werden, oder sie kann automatisch mittels der Organe R, G₀, Q und D derart geregelt werden, daß der Strom / auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, wobei dann der Umschalter K auf einen Kontakt N fest eingestellt wird.

In dem ersten Fall, d. h. bei einer Steuerung von Hand, wird die mittlere Gleichspannung in der weiter unten erläuterten Weise dadurch fortschreitend ver-

größert, daß der Läufer 27 des Umschalters K aus der Stellung 1 in die Stellung 16 gebracht wird.

Wenn sich der Läufer 27 aus der Stellung O bis zu der Stellung 16 bewegt, werden jeweils die Leitfähigkeit einer Brückenschaltung steuernde Gatterblöcke F₁, F₉, F₃, F₄ in der dargestellten Weise über die Gatterblöcke R₁, R₂, R₃ bzw. -R₄ erregt. Es sei zunächst die Arbeitsweise in den Stellungen 1 bis 4 betrachtet. Der Block F₁ wird dann ständig erregt, und er ist so ausgebildet, und so an die verschiedenen Ausgänge des Rechtecksignalgenerators G₃ angeschlossen, daß sich der Ausgang des Gatterblocks F₁ unter folgenden Bedingungen in dem Zustand 1 befindet:

— während jeder vierten Halbwelle der Spannung U, wenn sich der Läufer 27 in der Stellung 1 befindet;

— während aller ungeraden Halbwellen, wenn sich der Läufer 27 in der Stellung 2 befindet;

— während dreier aufeinanderfolgender Halbwellen von vier Halbwellen, wenn sich der Läufer 27 in der Stellung 3 befindet;

— während aller Halbwellen, wenn sich der Läufer 27 in der Stellung 4 und jenseits dieser befindet.

Der Gatterblock S₁ steuert die Thyristoren T₁ und Γ., so, daß sie jeweils in ganzen Halbwellen leitfähig sind. Er ist so ausgebildet, daß, wenn sein Eingang während einer ungeraden Halbwelle in den Zustand 1 gebracht wird, er über den Modulator A₁ und den Trenntransformator H₁ nur die Steuerelektrode des Thyristors T₁ erregt, welcher die geraden Halbwellen steuert, wobei jedoch der Gatterblock B₁ diese Erregung der Steuerelektrode des Thyristors T₁ zu Beginn der nächsten geraden Halbwelle aufrechterhält. Der Thyristor T₁ wird daher während jeder geraden Halbwelle leitend gemacht, welche auf eine ungerade Halbwelle folgt, in deren Verlauf der Eingang des Gatterblocks B₁ in den Zustand 1 gebracht wurde. Umgekehrt ist der Thyristor T₂ während aller ungeraden Halbwellen leitend, welche auf gerade Halbwellen folgen, in denen sich der Eingang des Gatterblocks .B₁ in dem Zustand 1 befand. Die Brückenschaltung I arbeitet also in den Stellungen 1 bis 4 des Läufers 27 in einer periodischen Folge von vollständigen Halbwellen, die mit der Folge der Zustände 1 am Eingang des Gatterblocks B₁ identisch ist.

Bei Verschiebung des Läufers 27 über die Stellung 4 hinaus wird die Brückenschaltung I vollständig, d. h. in allen Halbwellen in Betrieb gehalten, und die Brückenschaltungen II, III und IV werden nacheinander allmählich wie die Brückenschaltung I in Betrieb genommen, d. h. sie arbeiten in jeweils vier aufeinanderfolgenden Halbwellen zunächst während einer Halbwelle, hierauf während zwei, dann während drei und schließlich während vier Halbwellen.

Das Diagramm von F i g. 2 stellt die Halbwellen der Spannungen der Sekundärwicklungen 33 bis 36 des Transformators H dar, welche auf diese Weise zur Arbeit herangezogen werden, wobei angenommen ist, daß der Läufer 27 während vier Halbwellen auf jeder der Stellungen 1 bis 14 gehalten wird, und daß die Spannungen der Sekundärwicklungen 33 bis 36 gleich sind.

In der folgenden Beschreibung wird die Arbeitsweise der Schaltung bei automatischem Betrieb untersucht, bei dem die zusätzlichen Organe R, G₀, Q und D wirksam werden, während der Umschalter K fest auf die Stellung N eingestellt ist.
Bei dem als Beispiel betrachteten automatischen Betrieb wird die mittlere Gleichspannung des Umformers so geregelt, daß der von den Brückenschaltungen I bis IV gelieferte Strom / auf einem einstellbaren Sollwert gehalten wird. Hierfür wird eine von dem Strommeßglied R (F i g. 1) erzeugte, den Strom /

ίο kennzeichnende Größe an die Vergleichsschaltung G₀ angelegt, deren beide Ausgänge auf den Zustand 1 und den Zustand O gebracht werden, oder umgekehrt, je nachdem, ob die den Strom / kennzeichnende Größe kleiner oder größer als eine in der Vergleichsschaltung G₀ eingestellte Sollgröße ist. Im ersten Fall zählt der Vorwärts- und Rückwärtszähler D vorwärts, während er im zweiten Fall rückwärts zählt. Diese Vorwärts- oder Rückwärtszählung erfolgt jedoch infolge der Wirkung des Rechtecksignalgenerators G₃

zo nur periodisch (z. B. alle vier Halbwellen).

Der zyklisch arbeitende Vorwärts- und Rückwärtszähler D weist vier Ausgänge d_v d.„ d_v d₀ auf, welche nacheinander die vier folgenden Zustände annehmen können: 0001, 0010, 0100 (d. h. ^₃ = O, d₂=l, ^₁ = O,

^₀ = O) und 1000. Er verstellt den Vorwärts- und Rückwärtszähler Q jedesmal dann um einen Schritt nach vorwärts oder nach rückwärts, wenn seine Ausgänge von dem Zustand 1000 auf den Zustand 0001 oder von dem Zustand 0001 auf 1000 übergehen. Die Fortschaltung des Zählers Q hat folgende fünf aufeinanderfolgende Zustände seiner Ausgänge q₅, q_v q_p q, zur Folge: 0000 (Anfangszustand), 0001, 0011 (d. h.q, = 1, q_z = 1, <?₄ = 0, q_s = 0), Olli, 1111.
Der Zustand 1 der Ausgänge d_v d₂ oder d_s des Vorwärts- und Rückwärtszählers D erzeugt über die bei der Beschreibung des Handbetriebes erwähnten Organe die Leitfähigkeit der Brückenschaltung I, hierauf der Brückenschaltung II, hierauf der Brückenschaltung III, hierauf der Brückenschaltung IV während einer, zwei oder drei Halbwellen von vier Halbwellen, worauf diese Brückenschaltungen ständig in Betrieb genommen werden, wenn die Ausgänge q„ q₃, <7₄ und q. nacheinander den Zustand 1 annehmen. Anders ausgedrückt, wenn die Ausgänge d_v d.-,, d₃ den Zustand 1 annehmen, beeinflußen sie den Umformer in der gleichen Weise wie der Umschalter K bei seiner Einstellung auf die Stellungen 1, 2, 3, hierauf 5, 6, 7, hierauf 9, 10, 11 und schließlich 13, 14, 15, während die Ausgänge q₂, q_z, q_t und q. unter den gleichen Bedingungen die gleiche Aufgabe wie der Umschalter K bei seiner Einstellung auf die Stellungen 4, 8, 12 und 16 erfüllen.

Aus den obigen Ausführungen geht hervor, daß die Ausgänge q„ bis q. und d₀ bis d₃ der Vorwärts- und Rückwärtszähler Q und D unter der Einwirkung der Vergleichsschaltung G₀ in einer durch diese Einwirkung bestimmten Reihenfolge die verschiedenen Zustandskombinationen annehmen können, welche in den beiden ersten Spalten der Tabelle von F i g. 3 angegeben sind. Jede dieser Zustandskombinationen steuert über logische Schaltungen die ständige oder periodische Entsperrung einer gewissen Zahl der Gleichrichterbrückenschaltung I bis IV in der in den entsprechenden Spalten der Tabelle angegebenen Weise.

Die entsprechenden Stellungen des Umschalters K sind in der Spalte k der Tabelle der Fig. 3 vergleichsweise angegeben, da wie bereits bemerkt, der

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automatische Betrieb nur erfolgen kann, wenn der Umschalter K auf der Stellung N gehalten wird. Aus der Tabelle von F i g. 3 geht hervor, daß eine kontinuierlich fortschreitende Zählung zu den gleichen Betriebsbedingungen führt wie die Weiterschaltung des Umschalters K aus der Stellung 0 in die Stellung 16.

Die Organe R, G₀, D und Q weisen eine an sich bekannte Bauart auf und sind daher nicht im einzelnen beschrieben.

Für jede aus einem der Hochfrequenz-Modulatoren A₁ bis A₈ und einem der Trenntransformatoren H₁ bis H₈ bestehende Anordnung kann ein üblicher Oszillator benutzt werden, der aus einem Doppelbasistransistor mit nachgeschaltetem Impulstransformator besteht. Der Ausgang des Gatterblocks B₁ kann auch an ein UND-Gatter angelegt werden, welches außerdem an einem Hochfrequenzgenerator angeschlossen ist, und dessen Ausgang mit einem Trenntransformator verbunden ist. Die Sekundärspannung dieses Transformators wird anschließend gleichgerichtet und geglättet, wobei dann ein Entstörungskondensator in unmittelbarer Nähe des Thyristors angeordnet wird.

Die Gatterblöcke A₁, R₂, R₃, i?₄; F₁, F₂, F₃, F₄; B₁, B.y, B₃, B₄ und der Rechtecksignalgenerator G._} können z. B. so ausgeführt werden, wie dies die Schaltung von F i g. 4 im einzelnen für den die Brükkenschaltung III steuernden Teil der Anordnung zeigt, welcher somit die Gatterblöcke R₃, F₃ und B₃ enthält.

Bei dieser Ausführung besteht der Gatterblock /?._s aus drei ODER-Gattern O₉, O₁₀ und O₁₁, der Gatterblock F., aus vier UND-Gattern E₅, E₆, E-, E_n und einem ODER-Gatter O₅, und der Gatterblock B₃ aus vier UND-Gattern E₁, E₀, E_v E₄ und zwei ODER-Gattern O₇, O₈.

Der Rechtecksignalgenerator G₃ besteht aus einem Doppelumschalter d und 3, einem durch eine Hilfswicklung h des Transformators H gesteuerten Binärzähler B, einem ODER-Gatter O₁₂ und zwei UND-Gattern E₉ und E₁₀.

Es sei zunächst unter Bezugnahme auf F i g. 4 das Arbeiten des Gatterblocks B₃ beschrieben, welcher die Thyristoren T₅ und T₆ über die Modulatoren A₅ und A₀ und die Trenntransformatoren H₅ und H₆ steuert. Dieser Gatterblock B₃ wird durch die vom Ausgang des UND-Gatters E₁₁ des Gatterblocks F₃ kommende Verbindung ν und durch die Ausgänge von zwei elektronischen Doppelumschaltern α und ä einerseits und b und Έ andererseits erregt. Diese Doppelumschalter sind in an sich bekannter Weise so ausgebildet, daß sich ihre Ausgänge in dem gleichen Zustand wie ihre Eingänge (bei den Elementen α und b) oder im Gegenteil in dem entgegengesetzten Zustand (bei den Elementen ö und ~5) befinden. Sie werden über Reaktanzspulen 28 und 29 mit einer Wechselspannung von Hilfssekundärwicklungen H₁ und Zi₂ gespeist, deren eines Ende durch Potentiometer F₁ und P., auf ein etwas positives Potential gebracht ist.

Vor der Beschreibung der Arbeitsweise des Gatterblocks B₃ sei daran erinnert, daß dieser so ausgebildet ist, daß er die Zündung der Thyristoren T₅ und T₆ am Beginn ihrer Vorwärtshalbwellen sicherstellt, welche z. B. die positiven Halbwellen der Spannung CZ₃₅ für den Thyristor T₅ und die negativen Halbwellen dieser Spannung für den Thyristor T₆ sind.

Die Potentiometer P₁ und P₀ sind so eingestellt, daß sie bei Fehlen der Reaktanzen 28 und 29 und der Hilfswicklungen h_x und Zi₂ die positive Gleichspannung liefern, welche das Kippen der Doppelumschalter ää und bb~ erzeugt. Die Reaktanzen 28 und 29 sind so bemessen, daß sie das Kippen der Doppelumschalter da und b~b um Winkel von z. B. 20 bzw. 40° verzögern. Unter diesen Bedingungen nehmen die Ausgänge der Doppelumschalter a, b, α und Έ in Abhängigkeit von der Augenblicksspannung CZ₁₇ der Wicklungen H₁ und Zz₂ die Zustände 1 und O an, welche im Diagramm von Fig. 5 bei S(a), S(b), S(o) und S(B) dargestellt sind.

Ferner ist in diesem Diagramm folgendes zu erkennen: Wenn die Ausgänge von α und b (oder von α und b~) gleichzeitig den Zustand 1 haben, wird der Ausgang des UND-Gatters E₃ (bzw. E₀) auf 1 gebracht, wenn in diesem Augenblick die Verbindung ν ebenfalls den Zustand 1 hat, und die Steuerelektrode g. (bzw. g₈) des Thyristors T₅ (bzw. T₆) wird dann

über das ODER-Gatter O₇ (bzw. O₈) des Modulators A₅ (bzw. A_R) und den Transformator H. (bzw. H₆) erregt. Diese Erregung dauert an, solange der Ausgang von α (bzw. von ä) den Ausgang des sich selbst erregenden UND-Gatters E₄ (bzw. E₁) im Zustand 1 hält. Die Teile der betreffenden Schaltung sind jedoch so miteinander verbunden, daß die Steuerelektrode g₅ (bzw. g₆) in einem Zeitpunkt erregt wird, in dem die Sperrhalbwelle der Spannung U₃. der Sekundärwicklung 35 an den Thyristor T.

(bzw. T₆) angelegt ist, so daß der entsprechende Thyristor erst während der nächsten in F i g. 5 voll ausgezogen dargestellten Halbwelle leitend wird, selbst wenn die Verbindung ν in der Zwischenzeit nicht in dem Zustand 1 geblieben ist. So leitet, da die negativen Halbwellen A₁, A₃ usw. der Spannung U₃₅ Sperrhalbwellen für den Thyristor T₃ sind, dieser nur während der nächsten Halbwellen A₂ und A₄ dank der ständigen Erregung seiner Steuerelektrode g. während der Zeiträume I₁-I₃ und t_A-t₆. Ebenso leitet der Thyristor T₀, dessen Steuerelektrode g₍. während des Zeitraums t₆-t_s erregt wird, erst während der ganzen der nächsten Halbwelle A₅.

Zusammenfassend kann also folgendes gesagt werden: Wenn zu Beginn einer Halbwelle während des Zeitintervalls, in dem die Elemente α und b (oder a und Έ) gleichzeitig den Zustand 1 haben, die Verbindung ν ebenfalls den Zustand 1 hat, wird die Steuerelektrode eines Thyristors erregt, was jedoch die Leitfähigkeit des Thyristors erst zu Beginn der nächsten Halbwelle und während der ganzen Dauer derselben zur Folge hat.

Während der obigen Ausführungen hinsichtlich der Arbeitsweise des zur Steuerung der Leitfähigkeit der Thyristoren T₆ und T₅ vorgesehenen Gatterblocks S₃ war nachgewiesen worden, daß diese Leitfähigkeit nur dann sichergestellt ist, wenn die Verbindung ν vom Ausgang des UND-Gatters E₁₁ den Zustand 1 hat. Nachstehend wird beschrieben, wie bei der Steuerung von Hand und bei automatischer Regelung der Zustand der Verbindung ν verändert wird, um die Leitfähigkeit der die Stromlieferung der Sekundärwicklung 35 steuernden Thyristoren in einer bestimmten Reihenfolge sicherzustellen.

Der Betrieb mittels des Umschalters K wird über die elektronischen Blöcke R₃, F₃ und G₃ gesteuert.

Der Rechtecksignalgenerator G₃ ist so ausgebildet, daß seine Ausgänge in folgender Weise den Zustand 1 annehmen:

— der Ausgang Y₁ während der Halbwellen Nr. 1, 5, 9 usw., daß heißt während jeder vierten Halbweile;

— der Ausgang Y₉ während der Halbwellen Nr. 1, 3, 5, 7, 9 usw., daß heißt während jeder zweiten Halbwelle;

— der Ausgang Y₃ während der Halbwellen Nr. 1, 3, 4, 5, 7, 8^ d. h. während drei aufeinanderfolgender Halbwellen von vier Halbwellen.

Aus der durch die Gatter O₉, O₁₀, O₁₁, E₅, E₆, R₁ gebildeten logischen Schaltung von F i g. 4 geht hervor, daß der Ausgang des UND-Gatters E₁₁ während folgender Zeiten auf den Zustand 1 gebracht wird:

— während jeder vierten Halbwelle, wenn sich der Umschalter K in der Stellung 9 befindet;

— während jeder zweiten Halbwelle, wenn sich der Umschalter in der Stellung 10 befindet;

— während drei Halbwellen von vier Halbwellen, wenn sich der Umschalter in der Stellung 11 befindet;

— dauernd, wenn sich der Umschalter in der Stellung 12 und jenseits derselben befindet.

Da die Thyristoren T₅ und T₆ der Brückenschaltung III in dem gleichen Takt entsperrt werden, nimmt die mittlere Gleichspannung beim Übergang des Umschalters K aus der Stellung 9 in die Stellung 12 dank der Beschleunigung des Taktes der arbeitenden Halbwellen der Gleichrichterbrücke III zu, wobei natürlich die leitenden Halbwellen dieser Brükkenschaltung diejenigen sind, welche auf die Halbwellen folgen, in welchen der Ausgang des UND-Gatters E₁₁ in den Zustand 1 gebracht wird, wie dies bei Beschreibung der Arbeitsweise des Gatterblocks B₃ beschrieben wurde.

Wenn der Umschalter K aus der Stellung 13 in die Stellung 16 gebracht wird, wird die Brückenschaltung IV ihrerseits allmählich durch die Einwirkung der elektronischen Gatterblöcke i?₄, F₄ und B₄ auf die Thyristoren T₇ und T₈ in Betrieb genommen, wobei dann die Brückenschaltung III ebenso wie die Brückenschaltung I und II ständig in Betrieb gehalten werden.

Die obige Arbeitsweise führt somit zu dem bereits besprochenen Diagramm von F i g. 2.

Die Arbeitsweise der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform des Rechtecksignalgenerators G₃ ist durch die Diagramme von F i g. 6 dargestellt. Der Binärzähler B wird durch die Hilfswicklung h des Transformators H so gesteuert, daß er jedesmal dann kippt, wenn die Spannung ν_Λ dieser Wicklung h in ansteigender Richtung durch Null geht. Die von dem Binärzähler an seinem direkten Ausgang t (Ausgang in gleichem Zustand wie der Eingang) und dem komplementären Ausgang? (Ausgang in entgegengesetztem Zustand wie der Eingang) gebildeten Signale sind durch die Diagramme 1 und 2 von F i g. 6 dargestellt. Die Spannung ν_ή wird ferner an den elektronischen Doppelumschalter d, ~ä angelegt, dessen Ausgänge die bei 3 und 4 in F i g. 6 dargestellten Zustände annehmen. Der Ausgang t des Binärzählers B und der Ausgang des Umschalters 3 sind in der in F i g. 4 dargestellten Weise mit dem UND-Gatter E₉ und dem ODER-Gatter O₁, verbunden. Man erhält dann an den Ausgängen Y₁, Y₂, Y₃ die bei 5, 6 und 7 in

F i g. 6 dargestellten Zustände (1 oder O). Diese Ausgänge erregen zusammen mit den Ausgängen der ODER-Gatter O₉, O₁₀ und O₁₁ die UND-Schaltungen E₅, E₀ und E₇ so, daß der für das Arbeiten der Thyristoren der Brückenschaltung III entsprechend

ίο den obigen Ausführungen erforderliche Arbeitszyklus erhalten wird.

Das Arbeiten der Anordnung mit automatischer Stromregelung wird dadurch erhalten, daß der Umschalter K fest auf die Stellung N eingestellt wird, wodurch die Organe R₁, G₀, D und Q wirksam werden. In dem Rechtecksignalgenerator G₃ ist, wie in F i g. 4 dargestellt, ein UND-Gatter E₁₀ enthalten, dessen Ausgang Z sich während jeder vierten Halbwelle in dem Zustand 1 befindet, wie dies das Diagramm von F i g. 6 zeigt. Dieser Ausgang sowie die Ausgänge der Vergleichsschaltung G₀ sind mit dem Vorwärts- und Rückwärtszähler D verbunden. Die Zustände der Ausgänge der Vergleichsschaltung G₀, welche, wie oben erläutert, 1 oder O sind, je nachdem, ob der von den Brückenschaltungen I bis IV gelieferte Strom / größer oder kleiner als ein Sollwert ist, werden mittels einer bekannten elektronischen Einrichtung vom Ausgang Z während jeder vierten Halbwelle abgefragt. Diese Abfragung soll in dem gleichen Takt von 1:4 den Zählern D und Q Vorwärts- und Rückwärtsbefehle geben, je nachdem, ob während der Zeit, während welcher der Ausgang Z den Zustand 1 hat, der eine Ausgang der Vergleichsschaltung G₀ den Zustand 1 und der andere den Zustand O hat, oder umgekehrt. Wenn diese Ausgänge ihren Zustand einmal während der Zeit ändern, in welcher der Ausgang Z den Zustand 1 hat, kippen die Vorwärts- und Rückwärtszähler zweimal gegensinnig, so daß sie schließlich auf derselben Stufe bleiben.

Unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen und der (in der Tabelle von F i g. 2 angegebenen) aufeinanderfolgenden Zustände, welche unter der Einwirkung der Vergleichsschaltung G₀ die Ausgänge der Vorwärts- und Rückwärtszähler Q und D annehmen können, sieht man, wenn man in F i g. 4 die Verbindung dieser Zähler mit den Gatterblöcken R₃ und F₃ verfolgt, daß, wenn der Ausgang q₃ den Zustand 1 hat, d. h. wenn die Brückenschaltung II ständig arbeitet, der Vorwärts- und Rückwärtszähler D das Arbeiten der Thyristoren der Brückenschaltung III in periodisch wiederkehrenden Halbwellen verursacht, während der Vorwärts- und Rückwärtszähler Q mittels seines Ausgangs q_i das ständige Arbeiten der gleichen Thyristoren bewirkt.

Es ist zu bemerken, daß das obige Zündsystem einen wirksamen Schutz gegen durch Störspannungen erzeugte unzeitige Zündungen mittels eines entsprechend angeordneten Kondensators ermöglicht, wobei die durch diesen Kondensator eingeführte Verzögerung keinen Nachteil bietet, wenn sie kleiner als 140° ist, und daß es ferner nicht mehr nötig ist, die Steuerelektroden genau in dem gleichen Augenblick zu erreeen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steuerung der Ausgangsspannung eines statischen Gleichrichters, welcher durch eine Anordnung von gleichstromseitig in Reihe geschalteten Einphasen-Brückenschaltungen gebildet ist, bei welchen zwei in bezug auf die Gleichstromklemmen in Reihe liegende Zweige mit Gleichrichterdioden und die beiden anderen mit steuerbaren Gleichrichtern bestückt sind und bei welchen ferner die Wcchselstromklemmen einzeln durch die Sekundärwicklungen eines Leistungstransformators gespeist sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei stufenweiserVeränderung der Zahl jeweils voll ausgesteuerter Einphasen-Brückenschaltunger. eine der anderen Brückenschaltungen zur Erzeugung von Zwischenstufen derart gesteuert wird, daß für eine periodisch wiederkehrende, konstante Halbwellenzahl ein wählbarer Anteil dieser Halbwellenzahl voll ausgesteuert und der verbleibende Anteil der Halbwellen zu Null gesteuert wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mehreren gleichstromseitig in Reihe geschalteten Einphasen-Brückenschaltungen, bei welchen zwei in bezug auf die Gleichstromklemmen in Reihe liegende Zweige mit Gleichrichterdioden und die beiden anderen mit steuerbaren Gleichrichtern bestückt sind und bei welchen ferner die Wechselstromklemmen einzeln durch die Sekundärwicklungen eines Leistungstransformators gespeist sind, und mit Erregungsschaltungen zum Anlegen von Erregungssignalen an die Steuerelektroden jedes Steuer- baren Gleichrichters, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der gleichzurichtenden Wechselspannung gesteuerter Rechtecksignalgenerator (G₃) mit mehreren Ausgängen (Y₁, Y₂, Y₃) vorgesehen ist, der so ausgebildet ist, daß er an jedem dieser Ausgänge eine Folge von Rechtecksignalen abgibt, die sich über die voll ausgesteuerten Halbwellen erstrecken, die jeweils einem der wählbaren Anteile entsprechen, daß jeder Einphasen-Brückenschaltüng (I, II, III, IV) ein Gatterblock (F₁, F₂, F₃, F₄) zugeordnet ist, der eine Gruppe von UND-Gattern (z. B. E₅, E₆, E₇) enthält, von denen ein Eingang jeweils an einen Ausgang (Y₁, Y₂, Y₃) des Rechtecksignalgenerators (G₃) angeschlossen ist, während die zweiten Eingänge der UND-Gatter (z. B. E₅, E₀, E₇) mit aufeinanderfolgenden Ausgängen einer Steueranordnung (K, D) verbunden sind, die jeweils an einem Ausgang ein Signal des Binärwerts 1 abgibt, und daß die Ausgänge der UND-Gatter (E₅, E₆, E₇) über ein ODER-Gatter (z. B. O₅) mit den Erregungsschaltungen (z. B. A₅, H₅; A₆, H₆) der zugeordneten Einphasen-Brückenschaltung (z. B. III) verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang jedes Gatterblocks (F₁, F₂, F₃, F₄) und die Eingänge der Erregungsschaltungen (A₁, H₁ bis A₉, H₈) der zugeordneten Einphasen-Brückenschaltung (I, II, III, IV) eine logische Schaltung (B₁, B₂, B₃, B₄) eingefügt ist, von der weitere Eingänge an die Ausgänge von zwei elektronischen Doppelumschaltern (a, ä; b, ~b~) angeschlossen sind, denen Wechselspannungen zugeführt werden, die gegen die gleichzurichtende Wechselspannung unterschiedlich phasenverschoben sind, und jeweils an zwei Ausgängen zueinander komplementäre Rechtecksignale abgeben, und daß jede logische Schaltung (B₁, B,, B₃, B₄) so ausgeführt ist, daß sie am Ausgang erst dann ein Ausgangssignal zu einer Erregungsschaltung abgibt, wenn sowohl das Ausgangssignal des Gatterblocks (F₁, F.„ F₃, F₄) als auch die Ausgangssignale von zwei einander entsprechenden Ausgängen der elektronischen Doppelumschalter (α, Έ; b, Έ) den Binärwert 1 haben.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede logische Schaltung (B₁, B.,, B₃, B₄) zwei UND-Gatter (z. B. E₂, E₃) mit jeweils drei Eingängen enthält, daß ein Eingang jedes UND-Gatters an den Ausgang des zugehörigen Gatterblocks (z. B. F₃) angeschlossen ist, daß die beiden anderen Eingänge des einen UND-Gatters (z. B. E₃) an die direkten Ausgänge und die beiden anderen Eingänge des anderen UND-Gatters (z. B. E.,) an die komplementären Ausgänge der beiden Doppelumschalter (a, a; b, Έ) angeschlossen sind, daß jedem UND-Gatter (z. B. E.„ E.j) mit drei Eingängen ein UND-Gatter (z. B. E₁, E₄) mit zwei Eingängen zugeordnet ist, von dem ein Eingang an den entsprechenden Ausgang des ersten Doppelumschalters (a, «) angeschlossen ist, daß die Ausgänge jedes Paares von UND-Gattern (z. B. E_t, E.,; E₃, E₄) mit den Eingängen eines ODER-Gatters (z. B. O₈, O₇) verbunden sind, und daß der Ausgang jedes ODER-Gatters (z. B. O₇, Ο_ς) einerseits mit dem zweiten Eingang des zugehörigen UND-Gatters (z. B. E₄. E₁) mit zwei Eingängen und andererseits mit dem Eingang einer Erregungsschaltung (z. B. A-, H.; A₁., H₆) der zugeordneten Einphasen-Gleichrichterbrückenschaltung (z. B. III) verbunden ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechtecksignalgenerator (G₃) einen von der gleichzurichtenden Wechselspannung gesteuerten Binärzähler (B) und einen elektronischen Doppelumschalter (d, Έ.) enthält, der an zwei Ausgängen zueinander komplementäre Rechtecksignale abgibt, und daß die direkten und komplementären Ausgänge des Binärzählers (B) und des Doppelumschalters (d, 3) mit den Eingängen von logischen Gattern (O₁₂, E₉, E₁₀) verbunden sind, deren Ausgänge die Ausgänge des Rechtecksignalgenerators (G₃) bilden.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Ausgangsspannung des Gleichrichters von Hand ein Umschalter (K) vorgesehen ist, der Gruppen von Ausgangsklemmen (1, 2, 3; 5, 6, 7; 9, 10,11; 13, 14,15) aufweist, an die die zweiten Eingänge der UND-Gatter (z. B. E₅, E₆, E₇) von jeweils einem Gatterblock (z. B. F₃) angeschlossen sind, und von denen jeweils eine Ausgangsklemme in einer zugeordneten Stellung des Umschalters (K) ein Signal führt, und daß auf jede Gruppe von Ausgangsklemmen jeweils eine weitere Ausgangsklemme (4, 8, 12, 16) folgt, die ein Signal in jeder Stellung des Umschalters führt, die einer der folgenden Gruppen zugeordnet ist, und die direkt mit dem Ausgang des zugeordneten Gatterblocks (z. B. F₃) verbunden ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur automatischen Regelung der Ausgangsspannung des Gleichrichters eine Vergleichsschaltung (G₀) vorgesehen ist, deren Ausgangssignal in Abhängigkeit davon, ob die Regelgröße über oder unter einem Sollwert liegt, eine Vorwärts- und Rückwärtszählanordnung (D, Q) auf Vorwärtszählung bzw. auf Rückwärtszählung einstellt, daß die Vorwärts- und Rückwärtszählanordnung einen ersten Vorwärts- und Rückwärtszähler (D) enthält, der periodische Zählimpulse von einem Ausgang des Rechtecksignalgenerators (G₃) empfängt und in jeder Stellung an einem von mehreren Ausgängen (d_v d₂, d₃) ein Ausgangssignal abgibt, daß jeder Ausgang (d_v d,, d₃) des ersten Vorwärts- und Rückwärtszählers (D) mit den zweiten Eingängen derjenigen UND-Gatter (z. B. E₅, E₆, E₁) aller Gatterblöcke (F₁, F₂, F₃, F₄) verbnden ist, deren erster Eingang an den gleichen Ausgang (Y₁, Y₂, Y₃) des Rechtecksignalgenerators (G₃) angeschlossen ist, daß mit dem ersten Vorwärts- und Rückwärtszähler (D) ein zweiter Vorwärts- und Rückwärtszähler (Q) so verbunden ist, daß er nach jedem Zyklus des ersten Vorwärts- und Rückwärtszählers (D) um einen Schritt fortgeschaltet wird, daß der zweite Vorwärts- und Rückwärtszähler (Q) in aufeinanderfolgenden Stellungen ein Ausgangssignal an einer steigenden Anzahl seiner Ausgänge (^₂, q₃, q_A, q_s) abgibt, daß jeweils ein Ausgang (ζ. B. q₄) des zweiten Vorwärts- und Rückwärtszählers (Q) mit einem weiteren Eingang des ODER-Gatters (z. B. O₅) in einem Gatterblock (z. B. F₃) verbunden ist und der unmittelbar vorhergehende Ausgang (ζ. B. q₃) an einen Eingang eines weiteren UND-Gatters (z. B. E₁₁) des gleichen Gatterblocks (z. B. F₃) angeschlossen ist, dessen anderer Eingang an den Ausgang des ODER-Gatters (z. B. O₅) angeschlossen ist, und dessen Ausgang den Ausgang des Gatterblocks (z. B. F₃) bildet.

8. Anordnung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Einphasen-Brückenschaltung (I, II, III, IV) ein weiterer Gatterblock (A₁, R₂, R₃, i?₄) mit einer Gruppe von ODER-Gattern (z. B. O₉, O₁₀, O₁₁) vorgesehen ist, daß an den Ausgang jedes ODER-Gatters (z. B. O₉, O₁₀, O₁₁) der zweite Eingang eines UND-Gatters (z. B. E₅, E₆, E₇) des zweiten Gatterblocks (z. B. F₃) angeschlossen ist, und daß der eine Eingang jedes ODER-Gatters (z. B. O₉, O₁₀, O₁₁) an die entsprechende Ausgangsklemme (z. B. 9, 10, 11) des Umschalters (K) und ihr anderer Eingang an den entsprechenden Ausgang (d_v d.„ d₃) des ersten Vorwärts- und Rückwärtszählers (D) angeschlossen sind.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (K) eine zusätzliche Ausgangsklemme (N) aufweist, an die ein Erregungseingang der Vorwärts- und Rückwärtszählanordnung (D, Q) angeschlossen ist.