DE1638939A1 - Steuereinrichtung zum Steuern von unmittelbaren Einphasen-Mehrphasen-Stromrichtern fuer das Erreichen einer aus vollstaendigen Halbwellen bestehenden Ausgangsspannung - Google Patents

Description

Palcftirrr.v.ltQ
Dipt. - ir, j. v7. * c-;_s ncr 1638933 Berlin 53» den H. Dezember 1967

Herbertstr. 22

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Villamosipari Kutato IntSzet
Budapest XV., Cservenka Mikl6s ut 86

STEUEREINRICHTUNG ZUM STEUERN VON UNMITTELBAREN EINPHASEN-MEHRPHASEN STROMRICHTERN TOK DAS BiRREICHEN EINER AUS VOLLSTÄNDIGEN HALBIELLSN BESTEHENDEN AUSGANGSSPANNUNG

Die 86g«nanstea unmittelbaren fctromrieirfcer (ZyklokonTerter), die ohne einen Gleiohstromzwieohenkreie arbeiten, erreiohen deJ feetgeeetsts Ziel durch Un»ol?altung ihrer inneren Btromkreiee, duroh die lufteilxuig der Singasgeepannung und dureh Zueanoenietiung dieser Teile in einer anderen Reihen« folge· Deegenäee besteht Kvieohen der Veränderung der Phaeenlahl und den eingehende» und aufgehenden rrequenien ein Zueawaenhang· Aufgrund dieser Brkewttni* |at sieh in der Prämie die jbuffae^ung rertreitet, da»· die ober* TjRtquenigrtnse dieser ÜroM-riohter bei der ■ehr^haien-einphateo Uttuomir*- 3/s* ^ I··* bei der eisphaien-drelphastn

frequens nieht «berifhreiten ktaa»w»d 'dieser

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365/18, alt« , 0098 84/05 4 S

BAD ORIQIMAL

Aftwendungsnffglichkeit solcher Stromrichter sehr beschränkt· Bei der Untersuchung der tatsächlichen Lage bann festgestellt werden» dass oberhalb des Eindritteis der synchronen Frequenz angelangt» bei der.herkömmlichen Art der Steuerung Störungen auftreten, deren Grund aber ein innerer Kurzschluss ist» der daduroh zustande könnt,'dass die Steuereinrichtung ohnebesondere Massnahraen zeitweise unvermeidlich die Ausgangs-P-klemmen» z«Bt bei Motorantrieben die Motorklemmen kurzsohliesst·

Zweck dieser Erfindung ist eine derartige Abänderung der Steuereinrichtung» die das Zustandekommen der inneren Kurz* Schlüsse vermeidet, wodurch die wirtschaftlich erreichbare Frequenagrense auf 80 bis 90 % der Eingangsfrequens erhöht werden kann» Dies wird arfindungsgemäss mit einer solchen Steuerung erreicht, die eine in eich bekannte Zündeinrichtung, und für die Zündeinrichtung das Steuersignal liefernden Ringzähler hat» Die Erfindung besteht darin, dass dieselbe eine durch das Steuerfe signal des Ringsäblers gesteuerte zündeinrichtung und eine aus logischen Elementen bestehende, in Abhängigkeit der Lage der NetihalbvtHe arbeitende Sperrsehaltung besitzt, ein Eingang derselben an dae Net«, der andere Eingang an dan Ausgang dos Ring-

iHhlere angeschlossen ist, dieser wieder an den einen Eingang der 2Undoinriohtung, dor Ausgang der VerriegQlungeöinriohtung hingegen an den iweiten Mngang der Zündeinrichtung angeschlossen wird· , Ausführungen naoh den Ansprüchen I und 3.

Di» SrfitiiJung wird autfUhrlioher an Hand d«r Abbildun-

g*n «röritrl, auf wtlehwa _;. "j^;: /, _

1 btiipielewili· «inen "ibyrietorieitrten

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BAD ORiÖiMÄL

dreipaaeen unmittelbaren Umrondler für üfotorantriöbe darstellte

Abb, 2 zeigt dio mit der Schaltung naoh Abb« I, durch das Steuerzeichen nach Bild a/ erreichbar©, dem Bild b/.entsprechende Wellenform·

Abb» 3 zeigt die mit der Sohaltung naoh Abb· I, durch ein anderes Steuerzeichen nach Bild a/ erreichbare« dem Bild b/ entsprechende Wellenform·

Abb· 4 ist ein Teil der Abb. 1 vergrb'ssert herausgezeichnet·

Abb· 5 veranschaulicht die Zündeinrichtung A, das Steuersignal für dieselbe erzeugenden Ringzähler B, und die der ISrfin*· dung gemasse Verriegelungseinrichtung Oc

Abb· 6 stellt den zeitlichen Ablauf der Steuersignale 17/la, 17/4a, darunter den Ablauf der Wellenform der Ausgangsspannungt des Zeichens des monostabilen Multivibrators 3ö, und des Ausgangssignals des Kippkreises 27/4b dar·

Beispielsweise wird auf der Abb· 1 die Sohaltung eines charakteristischen einphasen-dreiphasen thyrietorisiorten Strom- ■ riehters und auf dem Bild b/ der Abb· 2 durch die Steuerung desselben zustandekommende Wellenform gezeigt* die bei einer ausge* I wählten Frequenz unterhalb eines Drittele der synchronen Netzfrequonz zustandekommt·

Die in der Abb· 2 auf Bild b/ vorne eingeschriebenen Zahlen bedeuten die entsprechend eben geschalteten Zahlen der Motorwicklungen, die oben eingeschriebenen Zahlen geben die Zahlen der durch die eben eingeschalteten Thyristoren.entstehenden 8pannungswollontoile an· Bei der Bezeichnung der Thyristoren sind

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BAOcmiGlNAL

die" Gruppen ,die die möglichen zwei Richtungen der Stromführung des Netzes darstellen, ohne Strich, bzw. mit Strich (») gekennzeichnet· Der dargestellte Motor kann sowohl "mit einem Kurzschlussläufer, als auch mit einem erregten Läufer als Synchronmotor betrieben werden·

Abb· 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Steuerspannung, die für die Erzeugung der Wellenform der Abb· 2» Bild b/ nötig ist* Diese Steuerspannung wird ζ«6· auf bekannter Weise durch zweimal drei Kippkreise erzeugt. Diese als Ringzähler zusaiamengeschalteten Kippkreise mit dynamischen Eingängen schreiten auf diö Einwirkung eines äusseren Impulses Je einen Schritt weiter» ·..""'

Aus dem Bild a/ der Äbb· 2 ist es ersichtlich> dass ein voller Zyklus aus sechs Schritten besteht (T « volle Zeit für einen Zyklus), die Frequent des Impulsgebers muss daher sechsmal die Aüfig^göfreqtteni -i»#rag©n| in dem auf der Abbildung geschilferten Fall 8 V³ Xv.f·^ SO Sz· flird nun die Frequent der """- --..-"■■ "*> * -'■■"'.. ■ ■ - . ν.

steuernden Impulse auf 12ο erhöht, ßo wird für das Erhalten einer Auegangsspannung mit 20 Hz, die Ausgangsspannung nach Abbe 3, Bild b/ erreicht· Auf dem Bild b/ der Abb» 3 kann man an den Übergangsstollön sehen, dass infolge der Steuerung der neuerlich eingeschaltete Thyristor - ϊ·Β· der Thyristor 4^., in der rechten oberen Ecke * ii&idetj jedooh bleibt der bisher leitende"» in die-ββη Fall der Thyristor I^ - weiterhin wegen den Grundeigensohafton der Thyristoren, in leitendem Zustand· Es leiten dahor gleichseitig IWS₁I, in die gleiche Gruppe geschalteten Thyristoren (bin tun Ende dor Halbwelle}· Uta nun, domeufolgö geschieht, geht &us

#AD ORIGINAL

der Abb» 4 hennuv die eine Teilwiedergabo der Äbb» 1 ist* > Dio Thyristoren Lj. und 4$ leiten, somit kommen die · beiden Enden I_n und 4_n der Motorwicklung auf das gleiche Potential und verhalten sich als eine Spannungsteilerdrosselspulej sie gleichen den durchfliessenden Strom ab* jedoch isird dieser blosa durch den Ohm»schon Widerstand begrenzt«Dementsprechend treibt die Spannung des Transformators (Doppelpfeile) Über den mit Pfeilen angedeuteten Stromkreis einen ä inneren Karzschlussstrom durch· Die auf die Spule entfallen* de Spannung fällt jedenfalls auf einen Minimalwert ab/ der die horizontalen Streoken auf dem Bild b/ der Abb. Z angedeutet ist»

Durch die inneren Kurzschlüsse entfällt einerseits die Wirkung je einer Spule» das einen Drehmomentenrückgangj bzw« ein Pendeln des Drehmomentes verursacht} andererseits aber flieast im Stromkreis ein'unnUtzer grosser Strom, der keine Arbeit leistet, hingegen aber Verluste verursacht· Ea ist leicht einzusehen, dass mit der Erhöhung der Frequenz die auf den Kurzschiusa entfallende Zeit fortwährend v&ohst und der Motor verliert allmählich seine Betriebsfähigkeit_o

Diese Erwägung ergibt aber gleichzeitig auch die Art der Abhilfe· Ee muss vermieden v/erden dass die beiden,auf die zur selben Phase gehörenden Wloklungahälften angeschlossenen Thyristoren gleichzeitig zünden, d.h. der in der Reihe folgender Thyristor darf nur dann gesundet werden, wem der in leitendem Zuftond befindliche Thyristor eohon auflg©!Öeobi ißt, d.h. inaer nur an Ende der Halbwelle» Der von dar h«r!i«rac3llah9n

-,, .MB ORIGINAL -i- OO988Ä/0S46

Steuereinrichtung abgegeben© Urnsebaltbefehl darf nur eine Vor-« Ueraitung des tfeitetfeehreitens sein, mit dem Befehl muss bis Z¹UiI Ende der Halbwelle gewartet" werden, und erst wenn dieser Zeitpunkt erreicht ist» darf die Umschaltung erfolgen· Dieses Ziel kann mit den zeitgemässen Zündeinrichtungen erreicht werden» dia solange aus einer Reihe von Impulsen bestehende ZUnd- , signale auf die Steuerelektrode der angeschalteten Thyristoren durchgeben, bis das Steuerzeichen vorhanden ist (ζ·Β· das Bild a/ der Abb· 2 und 3). Diese Zündeinrichtungen sind in den meisten Fällen auch mit sperrenden Eingängen versehen, die die Zündung bei einen aufgegebenen Signal verhindern· Die Erfin-

dung setzt die Anwendung einer solchen Zündeinrichtung voraus» Auf der rechten Seite der Abb· 5 ist die~.Z.ündeinrichtuhg mit derselben Zahlenbezeichnung dargestellt vio die der durch diese gesteuerten Thyristoren, doch mit dem Index "g" bezeichnet (auf der Abbildung bedeutet der von der Zündeinrichtung ausgehende» nach rechts weisende· Pfeil den Anschluss an die Steuerelektrode baw. Gitter des Thyristors)·

Ss sei noch bemerkt, dass die beispielsweise gewählte Zündeinrichtung am Eingang eine Inversion hervorrufendes logisches Element besitzt, das deshalb von Wichtigkeit ist, weil wenn vor den Eingang ein ODER Tor geschaltet wird, die Betätigung der Zündeinrichtung nach dom NOR Priniip erfolgen kann | di@ Zündung wird daher erst dann Zustandekommen, wenn an keinem der Einginge der in der Reihe folgenden NOR Tore 21, 22» 23_#,24, 25, 26» 21», 22», 23», 24», 25», 26» tein Zeichen vorhanden ist, damit daher die Zündung verhindtri werde, taiae bloee auf den

einen Eingang de» NOR Tores ©in ■*«TA^MZei<ihen gegeben werden·

Auf den oberen Teil der Abbildung ist der Impulsgenerator 10 ersichtlich, dessen Frequenz mit der Grosse des Eingangs-deichstroasignals Uf geändert v/erden kann, ferner . ■ ist der nacfcgeschaltete, aus zweimal drei, mit dynamischen Eingängen versehenen Kippkreisen 7, 8» 9| 17» 18, 19 bestehende Ringzähler zu sehen, der die Signalgruppe nach den Abb.2»a und 3«a, (bzw· hier eigentlich die Inversen derselben) an die jj

Eingänge 1/3, 2/3, 3/3, 4/3, 5/3 und 6/3 der NOR Tore der Zündeinrichtung zuleitet· Aue diesen Standpunkt sind die einzelnen Zündeinrichtungen mit d©n durch Striche (*) gekennzeichneten Paaren zusammengeschlossen· Ganz oben in der Abbildung ist das Fälilglied 20 zu sehen, das ein der Netzfrequenz entsprechendes Rechteckzeichen den beiden Stromrichtungen entsprechend und säntliohen mit Strichen bezeichneten Zündeinrichtungen die Zeichen l/u, 2/u, 3/u, 4/u, 5/u, 6/u liefert· Der bisher beschriebene Teil ist eine Variante der herkömmlichen unnittelbctren _v StromriohterzÜnäung für die Herstellung einer veränderlichen Ausgongsfrequenze Der übrige Teil der Abbildung wird von der erfindungsgenässen Schaltanordnung besetzt· Die Aufgabe, dass die Zündung des in der Reihe folgenden Thyristors vorbereitet werde, kann durch die Verwendung weiterer NOR Tore 11, 12, 13, 14, 15 und 16 erreicht werden»

An die Eingänge der NOR Tore sind die Ausgänge 17, 18, 19 des Ringzählers angeschlossen»

Die zweite Forderung, dass die tatsächliche Zündung erst »ach den näaneten"Netz»-Nulldurohgang erföigö*

die Verwendung eines monostabilen Multivibrator» 50 erreicht· Das inverse Signal dieses Multivibrators wird an den zweiten Eingang säatlioher NOR Tore 11, 12, 13, 14, 15, 16 angeschlossen» Der Multivibrator gibt bei den Netz-Nulldurchgang ein kurzes Signal ab, die Inversion dieses Zeichens ist also ein stetiges Signal, das nach den Netz-Nulldurchgang für eine kurze Zeit verschwindet« (Abb. 6, 30). - t

Die NOR Tore kippen drei bistabile Hultivibratoren •27", 28, 29 (nit statischen Eingängen),deren Ausgänge hiernach an die vor die Zündeinrichtungen geschalteten NOR Tore 21, 22, 23, 24, 25, 26 durch die Signale 1/5, 2/5, 3/5, 4/5, 5/5, 6/5 angeschlossen werden· Die Wirkungsweise der Einrichtung kann aufgrund der Abb» 6 verfolgt werdenι ζ·Β· boII der übergang vom Thyristor 1. auf den in der Reihe folgenden Thyristor 4^ untersucht werden· Ih (Zeitpunkt t₂ wäre die Zeit der Uns ehalt ung der zu den Zeitpunkt t, beginnenden Halbwolle da» Zu diesen Zeitpunkt kippt der Kippkreis 17 und auf seinen Ausgang 4_Q verschwindet das Signal (Abb· 6, der Teil der Reihe 17/4^₁ naon i₂)· Hierauf wird die eine Bedingung des Zünden« an den NOR Tor 24 der Zündeinheit 4/g erfüllt, da das Zeichen an dem Eingang vcn 4/3 verschwunden ist* Ebenfalls verschwunden ist das Signal 4/u, da den in der Reihe folgenden Halbwelle entsprechend das SIenent 20 diese Bedingung inner erfüllt· Die Zündeinheit 4/g kann aber vorläufig noch nioht zünden, da auf der Leitung 4/5 dtr Leitung 4^ des Kippkrtiee· 27 noch ein Zeichen vorhandon ist, welches die Zündung verhindert·

Die Zündung erfolgt dann,wenn der Kippkreie 27 kippt«

j^l@»ö^^ -;..;;. -8-;; _Oq9 8 84 /05 48

BAD OSIQlMAL

Dieses Kippen kann durch das HOR Tor 14 hervorgebracht werden, da dasselbe hierzu-schon vorbereitet ist» nachdem das Signal 4/& auf dem unten gezeichneten Eingang "bereits verschwunden ist»Falls Jetzt zum Zeitpunkt tg auch des Signal des Multivibrators 30 verschwindet ι so erscheint auf den Jtaegong des NOR Tores 14 ein Zeichen» der Kippkreis 27 kippt und es verschwindet das Zeichen on Ausgang von 4^e Damit verschwindet auch aa Eingang 4/5 des NOR Tores 24 ( des lotate ) Zeichen und die Zündvorrichtung zündet den Thyristor 4, (obwohl dann nicht nehr die Zündeinrichtung 4 , sondern die Zündeinrichtung 4» baw. der Thyristor 4·+ tätig wird)

Es ist also den Vorgang der Verhinderung Ju verdanken» dass die Wellenkurve der Ausgangeepannung dee Stroariohters nicht die genasβ der auf Abb.6 alt unterbrochenen Linien gezeichnetο wird» sondern den mit voller Linie gezeichneten Verlauf folgen wird·

Die Verhinderung sichernde logische Wirkungsweise kann natürlich nicht TjIoss aufgrund des NOR Prinzips erfolgen· Eine andere Variante besteht ic Einbau von UND Toren anstatt von NOR Toren* In diesen Fall nuss das Signal des nonoetabilen Multivibrators nicht umgekehrt werden, das von den Ringzähler könnende Signal nuss jedoch ungekehrt worden und an die UND Tore ange« schlössen werden; dies besteht bloss darin dass die luearaaettgehörenden Steuersignale vertauscht worden· -

Allerdings ist der Energiebedarf der UND Tore grosser» weshalb die Ausführung ait NOR Toren wirtschaftlicher let«

Der nach einen aus vollen Halbwellen bestehenden Wellen« bild arbeitende,. Stromrichter erreicht die Frequensmvndliing in

, BAD

009884/0541

einer von der bisherigen Praxis grundsätzlich rerechiedenen Weise, durch Veränderung der Zahl der Halbwollen, ζ·Β. ist bei 16/3 Hx die Zahl der nach oben und unten gerichteten Halbwellen 3_ j bei. Ha ist dieselbe 2 . Zwischen diesen zwei Frequenzen ent-

spricht ζ·Β· die Verteilung 3 3 3 einer Frequenz von 20 Hz,

"~2 """ΣΓ* ~2

aber die Verteilung ζ ·Β*

3 2_ 3 2 3 ··· einer Frequenz von 22,2 ifzj und die Ver-

teilung ■■.-..■

3 3 3 3 ««.einer Frequenz von 18,2 Hz· In Falle der

"Τ*"3""T"~3 .■.,.:.,;■.■ ■■.,.;■. ... ;.■■■■;

drei Halbwellen entsprechenden Gebilden springt das in Motor sioh ausbildende Feld nach jeder Halbwelle um 60 elektrische Grade weiter· Xn den den zwei Halbwellen entsprechenden Fall beträgt der Sprung pro Halbwelle 120 elektrische Grade·

IBLtder Frequenz noch höher schreitend entsteht derselbe Vorgang ,t/xQ die Variation von «wei und einer Halbwolle! in Falle der hier auftretenden, aus einer Halbwelle bestehenfe den Gebilden beträgt der Sprung 180 elektrische Grade, welchen

der Läufer nlt synohroneci Charakter genau so folgen kann ,vrlo . im Fall eines einphasen Synohronmotors·

BAD OWGINAL

009884/0S48

Claims (1)

1. Patentansprüche

   fly' Steuöreinriohtung für die Steuerung eines an ein Einphasönnet* angeschlossenen einphasen-nehrpheeen unaittelbaren Stronrichtere für die Urzeugung einer aus rollen Halbwellen zusammengesetzten Aus gangs spannung, der eine verriegelbare Zündeinrichtung (A) und für die Zündeinrichtung das Steuersignal liefernden Ringzähler (B) besitzt» dadurch ge k e η η - | zeichnet ,dass dieselbe eine aus logischen St ronkreis on bestehend» Vörriegeiungesohaltung (C) hat, doren einer de* Eingange, on das Nett, der andere Eingang on den Auegang de$ Ringtählers (B), dieser wieder an den einen Eingang der ZUndeinrichtung (A)₉ und der Auegang der Verriegelungsschaltung (θ) an den zweiten Eingang der zündeinrichtung (A) angeschlossen ist (Abb· 5).

   2·/ Steuereinrichtung nach Anspruch 1·/ dadurch gele β η η xeiohnet ,dass die Verriegelungfeinrichtung aus einen nonostabilen Multivibrator (3O)₉ aus NOR Toren (11, 12, 13, 14, 15, 16) und aus Kippkreieen (27, 28, 29) besteht, der ' Eingang dee Italtivibrutors (30) an das Netz, der Ausgang an den einen Eingang der NOR Tore» der «weite Eingang der NOR Tore an den Auegang des Ringsählers, der Ausgang der NOR Tore on den Eingang der Kippkreise, der Ausgang dor Kippkreise on den Eingang der Zündeinrichtung (A) angeschlossen 1st (Abb· 5)» 3·/ Steuereinrichtung naoh Anspruch 2/daduroh g e kennzeichnet, dass die Steuereinrichtung anstatt 4er NOR Tore UND Tore enthält,

   009Ö 8■ 47 0 5 A β Dipl-lng.W.Majssner

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