DE1613510C3 - Umrichteranordnung mit mehreren in Reihe liegenden gesteuerten Stromrichterelementen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Umrichteranordnung mit mehreren in Reihe liegenden gesteuerten Stromrichterelementen, welche zu einem Zweig der Umrichteran- ^5 Ordnung gehören und von denen mindestens ein Teil mit gegenseitiger zeitlicher Verzögerung gezündet wird. Eine derartige Anordnung ist bekannt (CH-PS 3 87 774).

Gesteuerte Stromrichterelemente werden, wenn sie aus Spannungsgründen in Reihe geschaltet sind, f>o möglichst gleichzeitig gesteuert. Hierfür sind besondere Maßnahmen erforderlich, um diese Gleichzeitigkeit zu gewährleisten. Diese Gleichzeitigkeit soll vermeiden, daß die volle Spannung an nur wenigen Elementen oder insbesondere nur einem einzigen Element kurzzeitig zu liegen kommt. Dies kann zu unerwünschten Durchschlägen führen.

Der Aufwand für die Erzielung einer solchen Gleichzeitigkeit ist beträchtlich, weil jedes Element ein anderes Potential aufweist und die Steuerimpulse jeweils voneinander isoliert auf die Stromrichterelemente gegeben werden müssen. Man hat daher verschiedene Maßnahmen getroffen, um trotzdem die Gleichzeitigkeit zu gewährleisten, wie Zünden der einzelnen Elemente durch Lichtsignale oder gut gegeneinander isolierte, magnetisch gekoppelte Wicklungen. Diese Einrichtungen haben aber außer ihrer Aufwendigkeit noch den Nachteil, daß der Zusammenbruch der Spannung beim Zünden der ganzen Säule steile Spannungssprünge erzeugt und in den zum Stromkreis gehörenden Kapazitäten große Ladestromspitzen hervorruft.

Im einzelnen ist aus der CH-PS 3 87 774 eine Stromrichteranordnung mit Folgezündung von in Serie geschalteten Stromrichterelementen bekannt, bei der die Verzögerung zwischen den Zündvorgängen der Thyristoren innerhalb der Serienschaltung von der Zündverzugszeit und Durchschaltzeit des jeweils benachbarten Thyristors innerhalb der Zündreihenfolge abhängt. Parallel zur Anoden-Kathoden-Strecke der einzelnen Thyristoren liegt jeweils eine Serienschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator, der die ( im Sperrzustand anliegende Spannung kurzzeitig aufrechterhält, während jeweils ein Anschluß eines Kondensators mit der Steuerelektrode des in der Zündreihenfolge nachfolgenden Thyristors verbunden ist und diese Steuerelektrode daher mit einer im Verlauf des Durchzündens ansteigenden Spannung beaufschlagt. Weil nun einerseits bis zum Durchschalten des letzten Thyristors die Gesamtspannung an der Thyristor-Serienschaltung liegt und andererseits infolge der Exemplarstreuung der Zündverzugszeit und der Durchschaltzeit der einzelnen Thyristoren die Zeitpunkte des vollzogenen Spannungszusammenbruchs an den einzelnen Thyristoren im Verlauf des Gesamtvorganges stark unterschiedlich verteilt sein können, entfällt im allgemeinen auf einzelne Thyristoren, die in bezug auf den jeweils vorangehenden Thyristor vergleichsweise spät durchschalten, eine starke Spannungsüberhöhung mit der Gefahr des Durchschlages.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Umrichteranordnung mit einem von Exemplarstreuungen der Thyristoren bzw. Stromrichterelemente inner- j halb der Serienschaltung weitgehend unabhängigen Verlauf des gesamten Durchschaltvorganges ohne unzulässige Spannungsüberhöhungen an den einzelnen Stromrichterelementen. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe beruht auf der Erkenntnis, daß solche Spannungsüberhöhungen durch einen definiert abgestuften bzw. verzögerten Ablauf des Durchschaltvorganges erreicht werden können, wobei die Spannungserhöhung an den einzelnen Stromrichterelementen jeweils dann eintritt, wenn der Zündvorgang ausreichend fortgeschritten und eine Spannungsüberlastung nicht mehr möglich ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einer Umrichteranordnung der eingangs genannten Art dadurch, daß für mindestens einige Stromrichterelemente in Reihe mit der Steuereinrichtung Verzögerungseinrichtungen mit vorgegebener Verzögerungszeit vorgesehen sind.

Hierdurch wird erreicht, daß die erwähnten Spannungssprünge und Ladestromstöße vermieden werden, und der Zusammenbruch an einer Stromrichterkette gestuft erfolgt.

Die Erfindung sei anhand der Figuren erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Anordnung der gesteuerten Stromrichterelemente, in den

F i g. 2 bis 4 sind Beispiele für die Steuerung dargestellt und

Fig.5 zeigt Spannungskurven zur Erläuterung der Wirkungsweise.

In F i g. 1 ist mit 1 die Sekundärseite eines speisenden Transformators bezeichnet. Die Stromrichterelemente werden in bekannter Weise in Brückenschaltung angeordnet. Die einzelnen Brückenzweige sind mit 2 bis 7 bezeichnet. Jeder Zweig besteht aus mehreren hintereinandergeschalteten Stromrichterelementen, welchen jeweils zwei spannungsbegrenzende Dioden 8 in entgegengesetzter Durchlaßrichtung parallelgeschaltet sind.

Jeder Brückenzweig erhält nun Steuerbefehle, die bisher gleichzeitig erfolgten, nun aber mit kurzen Abständen hintereinander die Zündung der einzelnen Elemente hervorrufen sollen.

Diese Steuereinrichtungen sind in den F i g. 2 bis 4 näher dargestellt. In der F i g. 2 ist ein einziger Brückenzweig, beispielsweise der Brückenzweig 2, gezeichnet, der aus fünf Gruppen 21 bis 25 von je zehn Stromrichterelementen besteht. Alle Elemente einer Gruppe erhalten einen gemeinsamen Steuerbefehl aus den Steuerimpuls-Endstufen 9 bis 13. Die aus diesen Endstufen an die Steuerelektroden der Thyristoren gegebenen Impulse sind nun gegenseitig verzögert. Diese Verzögerungseinrichtung, die an sich bekannt ist, ist mit 14 bis 17 bezeichnet. Die Endstufe 9 erhält also hierbei keine Verzögerung, die Endstufe 10 eine Verzögerung von beibeispielsweise 5 μβ, 11 von 10 μβ, 12 von 15 με, 13 von 20 μβ. Diese Werte sind nur als Beispiel angegeben. Man erkennt, daß in diesem Beispiel die letzte Zehnergruppe 25 den Steuerimpuls um 20 με später erhält als die erste Zehnergruppe 21. Die Impulse werden im Impulsgeber 18 in bekannter Weise erzeugt. Die Impulsfolge entspricht der Zündfolge der einzelnen Umrichter, so daß zwischen den Impulsen etwa die Leitdauer der Stromrichterelemente liegt. Die parallelgeschalteten Spannungsbegrenzer-Dioden 8 sind in den Beispielen weggelassen.

Die Verzögerungszeiten können natürlich auch anders gewählt werden. Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß die aneinanderliegenden Elemente wachsende Verzögerungszeiten erhalten. Man kann ebenso nach Zünden der Gruppe 21 erst die Gruppe 25, dann 22, dann 24 und schließlich 23 zünden lassen. Andere Reihenfolgen sind natürlich auch möglich. Man kann auch Umschalter zwischen den einzelnen Gruppen vorsehen, so daß wahlweise jeder Gruppe eine beliebige Zeitverzögerung gegeben werden kann. Diese Einrichtung ist aber nicht dargestellt.

In der F i g. 3 ist eine Anordnung gezeigt, bei der der Impulsgenerator 18 eine Impulsreihe je Zündung erzeugt. Mit 19 ist ein Ringzähler bezeichnet, der die Impulse einzeln weitergibt, und zwar nacheinander, erst an die Endstufe 9, dann an die Endstufe 10 usw. Auch hierbei zünden die Thyristorengruppen 21 bis 25 in einem Abstand von einigen Mikrosekunden nacheinander. Die Anzahl der Impulse in einer Impulsfolge entspricht hierbei der Anzahl der mit verschiedenen Zeiten gesteuerten Stromrichtergruppen.

Der Ringzähler kann nun auch so geschaltet werden, daß nach jeder Impulsreihe eine andere Thyristorgruppe zuerst gezündet wird. Dies hat den Vorteil, daß alle Thyristorengruppen in gleicher Weise beansprucht werden. Diese Schaltung ist in Fig. 4 genauer dargestellt. Dort sind die zu steuernden Stromrichterelementgruppen vereinfacht wieder mit 21 bis 25 bezeichnet, sie werden durch die Endstufen 9 bis 15 gesteuert. Jede dieser Endstufen erhält nun Impulse aus dem aus den einzelnen Schaltelementen 31 bis 35 bestehenden Ringzähler. Während in der Anordnung nach F i g. 3 die Impulszahl des Impulsgenerators gleich der Anzahl der zu steuernden Stromrichtergruppen ist, so daß die Gruppe 21 immer zuerst und die Gruppe 25 zuletzt gesteuert wird, müssen bei der Anordnung nach F i g. 4 von dem Impulserzeuger 18 bei jedem Steuerbefehl ein Impuls mehr erzeugt werden, als gesteuerte Gruppen vorhanden sind. Der Vorgang ist dann folgender:

Der erste Impuls trifft das geöffnete Zählelement 31, das ein bistabiler Multivibrator ist. Der Impuls geht durch und gelangt an die Endstufen 9. Zugleich wird durch diesen Impuls das Zählelement 32 geöffnet und durch diese Öffnung rückwärts das Zählelement 31 gesperrt. Dies ist durch die Pfeile angedeutet. Der nächste Impuls kann dann nur durch das Element 32 hindurch und zündet dann über die Endstufe 10 die Thyristorgruppe 22. Dann wird das Element 33 geöffnet und dadurch wiederum 32 gesperrt. Dies geht dann weiter bis im Beispiel der fünfte Impuls an die Endstufe 13 gelangt. Dieser Impuls öffnet dann wieder das Zählelement 31. Nun gelangt aber noch ein weiterer Impuls an die Anordnung, der das Zählelement 31 offen findet. Hierdurch wird zwar an die Endstufen 9 und damit an die Gruppe 21 wieder ein Zündimpuls gegeben. Da dieses Element aber bereits gezündet ist, geschieht hierdurch nichts. Es wird aber durch diesen Impuls das Zündelement 31 wieder gesperrt und das Zündelement 32 geöffnet. Bei der nächsten Impulsreihe findet dann der erste Impuls bereits 32 geöffnet und gelangt dadurch an die Thyristorgruppe 22 über die Endstufe 10. Diese Gruppe wird dann zuerst gezündet. Der nächste Impuls zündet dann über die Endstufen 11 die Thyristorgruppe 23 usw., als letzte Gruppe wird dann die vorher erste Gruppe 21 gezündet. Dann wird wieder ein Leerimpuls an die Gruppe 22 gegeben, die nur den Ringzähler um eine Stufe weiterschaltet, so daß bei der nächsten Impulsreihe die Zündung bei der Gruppe 33 beginnt. Hierbei werden alle Stromrichtergruppen in gleicher Weise beansprucht.

Die Fig.5 zeigt nun die Wirkung der Anordnung gemäß der Erfindung. Dort ist die gleichgerichtete Spannung U am Stromrichterelement dargestellt. Die gestrichelte Kurve U\ zeigt das an sich bekannte gleichzeitige Zünden aller Elemente. Die ausgezogene Kurve zeigt die stufenweise Einschaltung, so daß die Spannung U₂ an den Gleichrichterelementen liegt. Man erkennt, daß dadurch ein allmählicher Übergang während der Kommutierung ermöglicht wird, so daß plötzliche Zusammenbrüche der Spannung nicht auftreten, und dadurch Spannungsspitzen an Induktivitäten und Stromspitzen in Kapazitäten vermieden werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Umrichteranordnung mit mehreren in Reihe liegenden gesteuerten Stromrichterelementen, welche zu einem Zweig der Umrichteranordnung gehören und von denen mindestens ein Teil mit gegenseitiger zeitlicher Verzögerung gezündet wird, dadurchgekennze-chnet, daß für mindestens einige Stromrichtersteuerelemente (22 bis 25) in Reihe mit einer Steuereinrichtung (18) Verzögerungseinrichtungen (1.4 bis 17) mit vorgegebener Verzögerungszeit vorgesehen sind.

2. Umrichteranordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Stromrichterelement (21) unmittelbar mit der Steuereinrichtung (18) und die darauffolgenden Stromrichterelemente (22 bis 25) über Verzögerungseinrichtungen (14 bis 17) mit jeweils größerer vorgegebener Verzögerungszeit an die Steuereinrichtung (18) angeschlossen sind.

3. Umrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtungen (14 bis 17) umschaltbar sind, so daß sie abwechselnd an verschiedene Stromrichterelemente (22 bis 25) angeschlossen werden.

4. Umrichteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Verzögerungszeiten je Stufe verschieden groß ist.

5. Umrichteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen (18) ein Impulsgenerator ist und daß ein Ringzähler (19) vorgesehen ist, welcher die entsprechenden Impulse nacheinander auf die einzelnen Stromrichterelemente (21 bis 25) verteilt.

6. Umrichteranordnung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulszahl um eins höher ist als die Anzahl der zu verschiedenen Zeiten gesteuerten Stromrichterelemente (21 bis 25), und daß der letzte Impuls den Ringzähler (19) jeweils um eine Stufe weiterschaltet, so daß beim nächsten Steuerbefehl die Steuerung bei einem anderen der Stromrichterelemente beginnt als beim zuvor gegebenen Steuerbefehl.

7. Umrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stromrichterelemente zur Gruppen zusammengefaßt sind, welche die gleiche Verzögerungszeit erhalten.

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