DE1638019A1 - Control device for the control of the direct current link in a static converter - Google Patents

Control device for the control of the direct current link in a static converter

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Dipl.-lng. Diph oec. pubi. "2, Feb. IQfiftDipl.-Ing. Diph oec. pubi. "Feb. 2, IQfift

PATENTANWALT I D c5 Ö U Ί 9PATENT Attorney I D c5 Ö U Ί 9

e* Js - <?3?,jcidsfc 81e * Js - <? 3?, jcidsfc 81

SS1742 PA/Ku/LeSS1742 PA / Ku / Le

31. 1. 68January 31, 68

ELIN-Union Aktiengesellschaft für elektrische Industrie in WienELIN-Union Aktiengesellschaft for electrical industry in Vienna

Regeleinrichtung Für die Regelung des Gleichstromzwischengliedes in einem statischen UmrichterControl device For the control of the direct current link in one static converter

Lastgeführte Umrichter setzen sich vor allem auf dem Gebiet der induktiven Erwärmung gegenüber rotierenden ^requenzumformern in immer größerem Maße durch. Gegenüber letzteren haben sie zwei Vor= teile - größeren Frequenzbereich und hohen Wirkungsgrad - aufzuwei* sen.Load-commutated converters are mainly used in the field of inductive heating compared to rotating frequency converters to an ever greater extent. They have two advantages over the latter - a larger frequency range and a high degree of efficiency. sen.

Wie bekannt besteht der lastgeführte Umrichter, wenn er auf eine mit einem Parallelkondensator kompensierte Last arbeitet, aus drei Baugruppen: 1. dem Gleichrichterteil mit Regelu/ng des Gleichstrom» Zwischengliedes, 2. dem Wechselrichter und 3. dem Lastschwingkreis. Der Wechselrichter muß dabei über eine Induktivität gespeist werden, die gleichzeitig zur Siebung des Ausgangsstromes des Gleichrichters herangezogen werden kann.As is known, the load-commutated converter exists when it is switched to a load compensated with a parallel capacitor works, from three assemblies: 1. the rectifier part with control of the direct current » Intermediate element, 2. the inverter and 3. the load oscillating circuit. The inverter must be fed via an inductance, which can be used at the same time to filter the output current of the rectifier.

Der prinzipielle Aufbau eines solchen Umrichters ist in ^ig. 1 dart= gestellt, wobei die Regelung des Gleichstromzwischengliedes wie bisher üblich mit Hilfe einer halbgesteuerten Thyristorbrücke er= folgt. Die einzelnen Bezeichnungen in Fig. 1 bedeuten: 1, 2, 3 Regel thyristoren des Gleichrichters, 4, 5, 6 Gleichrichterdioden, 7 Fiebdrossol, 8 bis 11 die Wechselrichterthyristoren, 12 den Korn= pensationskondensator und 13 die induktive Last (Lastspule). Diese Methode der Gleichstromregelung weist die folgenden Nachteile auf: Rollte sich im noröich de»s Wechselrichters ein Kurzschluß ereignen,The basic structure of such a converter is in ^ ig. 1 dart = set, whereby the regulation of the direct current intermediate element, as previously usual, with the help of a half-controlled thyristor bridge he = follows. The individual designations in Fig. 1 mean: 1, 2, 3 control thyristors of the rectifier, 4, 5, 6 rectifier diodes, 7 Fiebdrossol, 8 to 11 the inverter thyristors, 12 the grain = compensation capacitor and 13 the inductive load (load coil). This method of direct current regulation has the following disadvantages: If a short circuit occurred in the normal of the inverter,

109823/0273109823/0273

BADBATH

vas relativ lticht eintreten kann, dann liegt im ungünstigsten fall die maximale Betriebsspannung durch ca. 7 Millisekunden bei einer Versorgung aus dem 30 Hs-Nets an der kurzgeschlossenen Siebdrossel 7» da der eben gesundete Gleichrichterthyristor auch nach Wegnahme des zündimpulses noch bis sum Mulldurchgang des Speisestromes durchlässig ist.What can relatively lightly occur, then lies in the most unfavorable fall the maximum operating voltage by approx. 7 milliseconds with a supply from the 30 Hs-Nets to the short-circuited Filter choke 7 »as the rectifier thyristor that has just recovered, too after removal of the ignition pulse, up to the passage of the gauze Feed stream is permeable.

Abgesehen davon» daß dieser Kurzschlußstrom also nur durch die Siebdrossel 7 begrenzt ist, ergibt sich auch aus der Forderung einer ausreichenden Siebung vegen der relativ niedrigen Qrund« frequenz der tleichrichterausgangsspannung (1SO Hs bei 50 H» Hetsfrequens) ein oft relativ hoher induktionswert für die Sieb* drossel.Apart from the fact that this short-circuit current is only caused by the Sieve throttle 7 is limited, also results from the requirement of sufficient sieving because of the relatively low Qrund « frequency of the rectifier output voltage (1SO Hs at 50 H » Hetsfrequens) an often relatively high induction value for the sieve * throttle.

Als besonderer »achteil wäre auch noch der hohe Verschiebungsfaktor In Nets bei abgesegeltem Anschnittwinkel des Gleichrichters su erwähnen.A special »disadvantage would also be the high shift factor In nets with sailed angle of the rectifier see below mention.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltanordnung nach Flg. 2 werden diese vorangeführten MachteiIe veitgehendst vermieden. An Hand eines in Fig. 2 dargestellten Ausfuhrungsbeispieles soll die Brfindung n&» her erläutert werden.In the switching arrangement according to the invention according to Flg. 2 will be this The previous powers are avoided as far as possible. Using an in In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the finding n & » are explained here.

Die eigentliche Oleichitromregeleinrichtung, bestehend aus diversen Bauteilen (Pos. 26 bis 37) vird aus einem ungeregelten Oleichrichter mit den Dioden Pos. 20 bis 25 mit einer konstanten Gleichspannung versorgt, Die dlelchstromregeleinrichtung besteht aus einer Thy« ristorbrücke mit den Thyristoren 27t 28, 29 und 30 und einem Leistungskondensfttor 32 mit einer ohmisch gedämpften kleinen Serien«! Induktivität 33» 34 im Quersveig der Thyristorbrücke; ferner sind eine Siebdrossel 36 und eine ffulldiode 35 erforderlich. Der Neben« widerstand 37 dient der Messung des Siebdrosselstromes, welcher dem Wechselrichter 38 sugefUhrt wird und welcher den La·tschwingkreis 39 versorgt. Falls erforderlich, können noch ein Thyristor 31 und ein Kondensator 26 angeordnet werden.The actual oil-nitrate control device, consisting of various Components (pos. 26 to 37) are made from an unregulated oil rectifier with diodes pos. 20 to 25 with a constant DC voltage supplied, The delchstromregulating device consists of a Thy « ristor bridge with the thyristors 27t 28, 29 and 30 and one Power capacitor 32 with an ohmically damped small series «! Inductance 33 »34 in the cross-connection of the thyristor bridge; furthermore are a filter choke 36 and a full diode 35 required. The side « Resistance 37 is used to measure the filter inductor current which is fed to the inverter 38 and which the load oscillating circuit 39 supplied. If necessary, a thyristor 31 and a capacitor 26 can be arranged.

Die Funktion der Glelchatromregeleinrichtung sei nun an Hand desThe function of the Glelchatromregeleinrichtung is now based on the

109823/0273'109823/0273 '

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

163801 ££ 163801

in rig. 2 dargestellten Ausftihrungsbeispiels näher betrachtet.in rig. 2 shown Ausftihrungsbeispiels considered in more detail.

Ea ist angenommen, daß die Thyristoren 28 und 29 leitend sind, was «it Hilfe der Steuerung 40 erreicht werden kann. Damit wird der Kondensator 32 über die Siebdrossel 36 und Wechselrichter 38 bis auf dm vollen Wert der Versorgungsspannung aufgeladen, worauf die üing&ngsklemmen des Wechselrichters 36 spannungslos werden.It is assumed that the thyristors 28 and 29 are conductive, which can be achieved with the aid of the controller 40. So that the capacitor 32 via the choke 36 and inverter 38 is charged up to dm full value of the supply voltage, then the üing & ngsklemmen the inverter 36 are energized.

Werden nun die Thyristoren 27 und 30 gezündet« dann liegt zunächst die Spannung des Kondensators jeweils in Sperrichtung an den Thy« ristoren 28 und 29, während vorerst die doppelte Versorgungsspan* mang an der gesperrten Nulldiode 35 liegt. Der Siebdrosselstrom * steigt an und entlädt de» Kondensator 32. So bald der Kondensat t^s» 32 wieder auf die volle Versorgungsapannung, nun jedoch mit umgekehrter Polarität, aufgeladen ist, Übernimmt die Nulldiode 35 den Drosselstrom. Sollte der Drosselstrom kleiner als ein im Steu* erg«ä»3lt 40 eingestellter Sollwert sein, dann wird durch die Steu* erelektronik das jetzt in Durchlaßrichtung vorgespannte Thyristor« paar 28, 29 gezündet. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis der Istwert am Siebdrosselstromes den Sollwert erreicht, worauf ie!t weiteren Thyristorsündungen so lange gewartet wird, bis der Zstvart wieder unter den Sollwert fällt.If the thyristors 27 and 30 are now ignited, the voltage of the capacitor is initially applied to the thyristors 28 and 29 in the reverse direction, while initially the double supply voltage is applied to the blocked zero diode 35. The filter choke current * rises and discharges the capacitor 32. As soon as the condensate t ^ s »32 is charged again to the full supply voltage, but now with reversed polarity, the zero diode 35 takes over the choke current. If the choke current is less than a setpoint value set in the control unit 40, the thyristor pair 28, 29, which is now biased in the forward direction, is triggered by the control electronics. This process is repeated until the actual value at the filter throttle current reaches the setpoint, whereupon further thyristor firings are waited until the Zstvart falls below the setpoint again.

in rig. 3 ist der Verlauf der Spannung an der Nulldiode 35 darge* stellt. Zum Zeitpunkt t1 bzw. t- wird jeweils ein Tfeyristorpaar ge« ( Bilndet. Zwischen t- und t« bzw. t» und t, wird der Kondensator 32 in rig. 3 shows the course of the voltage at the zero diode 35 Darge * represents. At the time t 1 or t-, a pair of Tfeyristor ge « ( Bilndet. Between t- and t« or t »and t, the capacitor 32

' <i 3 "T'<i 3 "T

äureh den nahezu konstanten Siebdrosselstrom umgeladen. Vom Zeit* punkt t2 bis t» führt die Nulldiode den Siebdrosselstrom; uQ stellt die Versorgungsspannung dar. Da der Mittelwert der Spannung zwischen ■'£.<■ mnä t2 bzw. t^ und t^, also bei stromführenden Thyristoren, flfeleh der Versorgungsspannung ist, gilt, wie aus Fig. 3 ersieht« lieh ist, u * uQ ■ < — , wobei u den Mittelwert der Wech* ü«lricht@reingangsspannung darstellt.äureh reloaded the almost constant filter throttle current. From time t 2 to t »the zero diode carries the filter choke current; u Q provides the supply voltage. Since the mean value of the voltage between ■ '£. <■ MNAE t 2 and t ^ and t ^, ie in the current-carrying thyristors flfeleh the supply voltage is applicable, as shown in FIG. 3 ersieht "borrowed is, u * u Q ■ < -, where u represents the mean value of the alternating input voltage.

Der Kondensator 26 dient zur Beschränkung von überspannungsspitzen auf <Ser Versorgungsseite.The capacitor 26 is used to limit overvoltage peaks on <Ser supply side.

Die Induktivität 33 i« Ouerzveig der Thyristorbrücke bewirkt imThe inductance 33 i «Ouerzveig of the thyristor bridge causes im

Τ09823/Π773Τ09823 / Π773

BADBATH

163801S163801S

Betrieb elfte kleine überhöhung der Spannung des Kondensators 32 gegenüber der Versorgung«pannung, so daß die Thyristoren schon von dem Moment an öegenspannung führen» in welchem ihr Strom durch Hull geht.Operation eleventh small increase in the voltage of the capacitor 32 compared to the supply voltage, so that the thyristors already from the moment on you carry out the voltage in which you carry current Hull goes.

Venn der Zustand der Vollaufregelung der Normalfall ist und nur kleine Abregelungen erfolgen» ist die Anordnung eines Thyristors 31 sweckmIAig. Bieter Thyristor ist bei Vollaufregelung dauernd leitend und hat damit wohl Durchlaß» aber keine Schaltverluste. Kittels der Tayrü torbrücke mit den Thyristoren 27 bis 30 kann die Spannung des aufgeladenen Kondensators 32 in Sperrichtung an Thyristor 3t gelegt werden» um ihn zu sperren. Von diesem Augen* bilde an beginnt wieder die Umladung des Kondensators 32, nach deren Beendung von der Thyristorbrücke kein Strom mehr in die Siebdrossel einfließt. Sobald der Thyristor 31 zündet, kann kein Strom mehr an den Kondensator 32 geliefert werden, um seinen Law desustand aufrecht zu erhalten. Falls die Periode zu lange dauert, muß mit entsprechenden Hilfskreisen dafür gesorgt werden, daß die Spannung am Kondensator 32 nicht zu sehr abfällt.If the state of full regulation is the normal case and only small reductions take place »is the arrangement of a thyristor 31 sweckmIAig. Bidder thyristor is permanent when fully regulated conductive and thus has passage »but no switching losses. Kittels the Tayrü gate bridge with the thyristors 27 to 30 can the voltage of the charged capacitor 32 in the reverse direction Thyristor 3t are placed »to block it. From this eyes the charge reversal of the capacitor 32 begins again the termination of which no more current flows into the filter choke from the thyristor bridge. As soon as the thyristor 31 ignites, no Current more can be supplied to capacitor 32 to keep its law state of affairs to be maintained. If the period lasts too long, appropriate auxiliary groups must be used to ensure that the Voltage across capacitor 32 does not drop too much.

Gegenüber der konventionell gesteuerten Oleichrichterbrücke weist die «rfiadungsgemäße Schaltung nachstehend angeführte Vorteile auf. Der legier kann als Zweipunktregler gebaut werden, wobei im Kurz« schlußfall maximal eine einzige Entladung des Kondensators 32 in die Siebdrossel 36 erfolgt. Der Siebdrosselstrom überschreitet damit den Sollwert nur geringfügig, da keine weiteren Thyristor« Zündungen mehr erfolgen, Die große Schnelligkeit des Zweipunktreg« ler* 1st außerdem deshalb noch von großem Vorteil, weil im Bereich der induktiven Erwärmung die Lastkreise oft sehr rasch ihre Sin« gatigsimpedan* verändern. Da die Schaltverlust« von Thyristoren erst bei etwa 1 küs eine nennenswerte Stromreduktion erfordern, kann die Free,ue»s der Siebdrosselspannung wesentlich höher angesetzt werden, wodurch sich eine Verkleinerung der Siebdrossel ergibt. Veiters be« steht keine fest® S%asenbesiehung zwischen der steuerfrequenz der Regeleinrichtung tätet dem Netz, woraus sich ein cos. von 1 ergibt, Bei Parallelbetrieb mehrerer Kegeleinrichtungen kann durch asyn« chronen Betrieb eine nahezu konstante Leistungsentnahme aus dem Netz erreicht werden. 109823/0773Compared to the conventionally controlled rectifier bridge the "rfiadgegemliche circuit" on the advantages listed below. The alloy can be built as a two-point controller, whereby in short « in the end a maximum of a single discharge of the capacitor 32 in the sieve throttle 36 takes place. The filter throttle current exceeds so that the setpoint is only marginally, since no further thyristor ignitions take place, the great speed of the two-point control It is also of great advantage because in the area of inductive heating, the load circuits often change very quickly. change gatigsimpedan *. Since the switching loss «of thyristors only require a significant current reduction at around 1 küs, the Free, if the screen choke voltage is set much higher, which results in a reduction in the size of the sieve throttle. Veiters, there is no fixed relationship between the tax frequency of the The control device would act on the network, from which a cos. of 1 results in When several cone devices are operated in parallel, asyn « In chronic operation, an almost constant power consumption can be achieved from the network. 109823/0773

BADORIGfNAi.BADORIGfNAi.

Claims (1)

i968i968 163801S Patentansprüche163801S claims Regeleinrichtung für die Kegelung des aieichstromsvischengliede· eines statischen Umrichters, dadurch gekennzeichnet, daß eine Baueinheit*bestehend aus einer Thyristorbrücke (Fig, 2, Thyristoren £7, 28, 29t 30) mit einem Kondensator (32) im Querzweig» ferner im Anschluß an die ThyristorbrUcke eine Induktivität (36) mit Nulldiode (35) vorhanden ist, wobei mit Hilfe der Thyristor« brücke und dem Kondensator (32) eine Strom»- bzw. Spannungsregelung durch Veränderung der Umladefrequenz des Kondensators erreicht und mit der Induktivität (36) und der Nulldiode (3S) die Wellig» keit des Ausgangs»taroiees der Regeleinrichtung beschränkt vird.Control device for the cone of the cross-flow element of a static converter, characterized in that a structural unit * consisting of a thyristor bridge (Fig, 2, thyristors £ 7, 28, 29t 30) with a capacitor (32) in the shunt » furthermore an inductance (36) connected to the thyristor bridge with zero diode (35) is present, with the help of the thyristor « bridge and the capacitor (32) a current »- or voltage control achieved by changing the charge reversal frequency of the capacitor and with the inductance (36) and the zero diode (3S) the wave » the output taroiees of the control device is limited. 2. Regeleinrichtung nach. Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet* daß für höhere Leistungen xvei oder mehrere Baueinheiten, wie im Anspruch 1 angeführt, parallelgeschaltet sind.2. Control device according to. Claim 1 »characterized * that for higher powers xvei or more structural units, as stated in claim 1, are connected in parallel. 3· Segeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur verbesserung der Löschung der Brückenthyristoren im Haupt- oder Kondensator Stromkreis eine induktivität (33) »it Dumpfungswiderstand (34} vorhanden ist.3 · Sailing device according to claim 1 or 2, characterized in that that to improve the deletion of the bridge thyristors in Main or capacitor circuit has an inductance (33) with a damping resistor (34}. 4. Kegeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2« dadurch gekennzeichnet, daß vor de« Regelglied ein Kondensator (26) zur Bekämpfung von Spannungsspitsen angeordnet ist*4. cone device according to claim 1 or 2 «characterized in that a capacitor (26) is arranged to combat voltage peaks in front of the« control element * 5. Kegeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2» dadurch gekenn« zeichnet, daß zur ThyrietorbrUcke ein weiterer Thyristor (31) parallelgeschaltet ist.5. cone device according to claims 1 or 2 »thereby marked« shows that to the ThyrietorbrUcke another thyristor (31) is connected in parallel. 6. Segeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2» dadurch gekennseiehnet« daα das jeweils in Durchladrichtung die höhere Spannung führende Thyristorpaar (28, 29 bsv. 27« 30} gesundet vird» sobald der Istwert des Stromes der Siebdrossel (3<>) den Sollwert Unter» schreitet.6. Sailing device according to claim 1 or 2 »thereby gekennseiehnet« daα that in each case carries the higher voltage in the charging direction Thyristor pair (28, 29 bsv. 27 «30} is recovered» as soon as the Actual value of the current of the filter throttle (3 <>) the setpoint below » strides. 109 8 23/0273 feAD ORIGINAL109 8 23/0273 feAD ORIGINAL 1 63801 S1 63801 p fttffelfiltriefetuit? nach Anspruch 2, dadureh fekenngeichnet» daß bei* Hochregeln des Q«iaMtatrcm«i die einaelnen Segel einheit tn aach«inand«r auf ihren Kennwert geregelt ver-dwi.fttffelfiltriefetuit? according to claim 2, dadureh fekenngeichnet »that When raising the Q "iaMtatrcm" i the individual sail unit tn Afterwards, in and out, regulated to their characteristic value. »«gel «!»richtung nach Anspruch a, dadurch gekennseichnet, da3 bti Verwndunff mehrerer Baueinheiten deren aiynchrone· Arbeiten von ihrer steuerung (40) ersvungen vird, um solcherart eine bettet*« Aufteilung der Ketzbelastung au erreichen."" Gel "!" Direction according to claim a, characterized by the fact that 3 bti use of several building units their aiynchronous work from your control (40) you will find one of this kind embeds * «to achieve a distribution of the heresy burden. BAD ORfGiNALBAD ORfGiNAL LeerseiteBlank page
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