DE1921437A1

DE1921437A1 - Anordnung bei Thyristorstromrichtern

Info

Publication number: DE1921437A1
Application number: DE19691921437
Authority: DE
Inventors: Kjell Frank
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1968-04-29
Filing date: 1969-04-26
Publication date: 1970-01-02
Also published as: FI42844C; FI42844B; GB1255833A; SE318644B; DE1921437B2; US3555397A; NO127784B

Description

Anordnung bei Thyristorstromrichtern

Die Erfindung betrifft eine Anordnung bei einem Thyristorstromrichter, bei der ein Steuerimpulsgerät Züadimpulse an die Hauptthyristoren des Stromrioliters liefert» wenigstens ein Löschkreia jeden Thyristor am Schluß seines LeitIntervalls löscht, ein Oszillator den Arbeitstakt des Steuerimpulsgeräts und des Löschkreises und damit die Frequenz der Ausgangaspannung des Stromrichters steuert und die Frequenz des Oszillators in Abhängigkeit von einem ihr zugeführten Steuersignal variabel ist.

Die Erfindung betrifft also einen mit eigenen Kommutierungsorganen versehenen und hauptsächlich als Wechselrichter arbeitenden Stromrichter. Solche Stromrichter werden z..ö. zum Betrieb von Asynchron- oder Synohronmotoren verwendet, deren Drehzahl dann durch Änderung der Frequenz der Ausgangsspannung des■Stromrichters variiert werden kann. Die Frequenz kanu, in einem typischen Fall zwischen 1 Hz und 50 Hz veränderlich sein. Bei vielen Anwendungen wünscht man die Drehrichtung des Motors ändern zu können, was durch Umschaltung der Phasenfolge der Ausgangsspannung eines mehrphasigen Stromrichters geschehen kann. Das kann wiederum in bekannter Weise durch Umkehrung der Kommutierungsfolge der Hauptthyristoren des Stromrichters geschehen, d.h. der Thyristoren, die den Belastungssiaom führen. Eine Drehrichtungsänderung geschieht

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vorzugsweise dadurch, daß die Frequenz allmählich auf einen niedrigen Wert herabgesetzt wira, wonach die Phasenfolgenumsohaltuiag erfolgt, und die Frequenz dann wieder mit entgegengesetzter Phasenfolge erhöht wird. Die Umschaltung muß in stromlosem Zustand der Hauptthyristoren geschehen. Dieser Zustand wird in bekannter Weise dadurch erreicht, daß die Steuerimpulse zu den Hauptthyristoren blockiert werden, so daß keine neuen Thyristoren gezündet //erden, ^ während der Lösohkreis oder die Löschkreise in normalem Takt fortfahren, die stromführenden Thyristoren zu löschen. Die Umschaltung kann nicht stattfinden, bevor alle Thyristoren mit Sicherheit gelöscht worden sind, wofür eine gewisse Zeit nötig ist. Jeder Thyristor kann maximal eine halbe Weehselspannungsperiode leitend sein. Bei einem Stromrichter, bei dem jeder Thyristor mit einem eigenen lösohkreis versehen ist, muß deshalb die Umschaltung mindesteas um eine halbe Periode verzögert werden, was bei niedrigen Frequea» zen eine so lange Zsit bedeutet, daß es vom Hegelungsgesichtspunkt

aus ein ernster Nachteil ist. Bei Stromrichtern z.B., bei denen ein für alle Thyristoren gemeinsamer Löschkreis alle Thyristoren bei jeder Kommutierung löscht, braucht man z.B. für die sichere löschung der Thyristoren eines dreiphasigen Stromrichters eine Zeit, die einem Sechstel der Periode entspricht, was aber bei niedrigen Frequenzen schon eine in vieler Hinsicht unzulässige Verzögerung ist. Bei Stromrichtern der oben angegebenen Art ist es überhaupt sehr wünschenswert, ein schnelles Löschen des Belastungsstromes zu erreichen. Bei einer starken Erhöhung des Stromes, öl© beispielsweise durch einen Kurzschluß im gespeisten vfechselstromnetz oder Belastungsobjekt verursacht wird, kann s_oB_ei wenn der Belaatungsstrom schnell gelöscht wird, eine sonst uavermeidliahe

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-3-Zeratörung der Sicherung^-en vermieden werden.

Die Erfindung betrifft einen Stromrichter, bei dem ein schnelles Löschen erreicht wird, wodurch die zuvor angegebenen Nachteile der bekannten Stromrichter vermieden werden.

Ein erfindungagemäßer Stromrichter der einleitend angegebenen Art ist durch ein Steuerimpulsgerät für schnelles Löschen des Belai-ungsstroaes des Stromrichters wenigstens während eines gewissen Zeit" intervalls gekenn-?zeiahnet, das einmal die Steuerimpulse zu den Hauptthyristoren blockiert und zum andern das dem Oszillator zugeftihrte Steuersig-nal ao beeinflußt, daß die Oszillatorfrequenz während des Intervalle höher ist als die Frequenz unmittelbar vor Beginn des Intervalls und die Länge des Intervalls so im Verhältnis zur Oszillatorfrequenz während desselben bestimmt ist, daß der Löschkreis während des Intervalls Zeit hat, alle Hauptthyristoren zu löschen.

Bei einem mehrphasigen Stromrichter, bei dem ein Umschaltorgan in Abhängigkeit von einem diesem zugeführten Befehlssignal die Phasenfolge der Ausgangsspannung des Stromrichters durch Festlegungen der fieihenfolge bestimmt, in der den Hauptthyristoren Steuerimpulse zugeführt werden, beeinflußt nach einer Weiterentwicklung der Erfindung das Befehlssignal für die Umschaltung der Phasenfolge einmal das Umsehaltorgan und zum anderen das Steuerorgan für die Blockierung der Steuerimpulse und die Erhöhung der üszillatorfrequenz. Hierdurch kann eine sehr schnelle Löschung

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der Hauptthyristoren und damit eine schnelle Umlcehrung der Phasenfolge erhalten werden.

Bei Stromrichtern, bei denen das Umschaltorgan schnellwirkend ist, was bei einem elektronischen Umschalter der Fall ist, wird nach einer Ausführungsform der Erfindung ein Verzögerungsorgan angeordnet, das die Umschaltung der Phasenfolge so lange verzögert, daß die Umschaltung erst erfolgt, nachdem das Steuerorgan mit Sicherheit Zeit gehabt hat, die Steuerimpulse zu blockieren.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Fig. 1a der Zeichnung zeigt eine prinzipielle Ausführung eines an sich bekannten Stromrichters zum Speisen eines Asynchronmotors 1« Der Stromrichter kann in einen Hauptkreis 2, der über die Kommutierungsdroso-eln 3 und 4 an einer G-leichspannungsquelle 20 angeschlossen ist, und in einen Löschkreis 5 aufgeteilt werden. Der Hauptkreis enthält sechs Hauptthyristoren 211, 212, 221, 222 und 231, 232 und sechs Rückspeise- und Kommutierungsdioden 213, 214, 223, 224 und 233, 234. Durch Zündung und Löschung der Thyristoren wird in bekannter V/eise eine dreiphasige Viereckspannung erzeugt, die - gegebenenfalls über nicht gezeigte Oberwellenfilter - dem Motor 1 zugeführt wird. Der Löschkreis 5 enthält einen Löschkondensator 51, Aufladethyristoren 541 bis 544 und Löschthyristoren 551 bis 554. Der Kondensator kann von der Gleichspannungsquelle

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50 z.B. durch. Zündung der Thyristoren 541 und 544 geladen werden und "bekommt dann ein positives Potential auf dem linken Belag. Wenn danach die lösohthyristoren 552 und 553 gezündet werden, entlädt sioh der Kondensator durch, diejenigen der Thyristoren 211, 221 und 231, die leitend sind, und durch die diesen leitenden Thyristoren zugeordneten Dioden aus der G-ruppe 214, 224 und 234, wobei also die Thyristoren in der oberen Hälfte des Stromrichters gelöscht werden. Indem man die Auflade- und Löschthyristoren der beiden anderen Paare benutzt, können die Hauptthyristoren in der unteren Hälfte gelöscht werden. Jeder Hauptthyristor soll einmal pro Wechselstromperiode gezündet und einmal gelöscht werden, weshalb der Löschkreis im gezeigten dreiphasigen Stromrichter sechs Löschungen pro Periode, abwechselnd in der oberen und in der unteren Hälfte des Hauptthyristorkreises, durchführen soll» Es sind also zwei Löschungen nötig, damit alle Hauptthyristoren sicher gelöscht werden, und hierfür ist eine Zeit nötig, die einem Drittel der Periode entspricht·

Pig. 1b zeigt die Steuerkreise des Stromrichters in schematischer Form. Ein Oszillator 6 mit variabler Frequenz, z.B_o ein Unijunotionstransistoroszillator, sendet Impulse mit einer Frequenz, die sechsmal größer als die gewünschte Frequenz der Ausgangsspannung ist und durch die Ausgangsspannung vom Operationsverstärker 7 gesteuert wird. In diesem wird eine Steuerspannung f , die der gewünschten Frequenz der Ausgangsspannung entspricht, zu einem SignalA. ^ addiert, das bei Betrieb mit unveränderter Phasenfol-

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ge*der Ausgangsspannung Null ist. Der Impulszug vom Oszillator 6 steuert ein Organ 8 für Steuerung der Thyristoren des Lösohkmses 5, was ZeB. eine biscabile Kippanordnung sein kann. Der Impulszug steuert auch über den normalerweise leitenden elektronischen kontakt 9 ein Organ 10 für die Steuerung der Thyristoren des Hauptkreises 2, das ein Ringzähler mit sechs Ausgängen sein kann. Diese sind, ev. über nicht gezeigte impulsverstärkende und/oder im-

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pulsformfle Organe, über ein ümschaltorgan 11 an dem Zündelektroden der Hauptthyristoren angeschlossen. Das Umsohaltorgan bestimmt aie Phasenfolge der Ausgangsspannung des Stromrichters durch Bestimmen aer Folge, in der Zündimpulse den Hauptthyristoren zugeführt werden, und macht dies in Abhängigkeit von einem die Phasenfolge bestimmenden Signal A, das zwei diskrete Werte annehmen kann, die je einer gewissen Phasenfolge entsprechen» Das Signal A wird dem Umschalter 11 über einen .fhasenverzögerungskreis 12 mit der Phasenverzögerung J ρ zugeführt. Es wird auch über die derivierenden Kreise 13 und 14 der monostabilen Kippanordnung 15 zugeführt, die die Rückgangszeit J ^ hat. Diese steht normalerweise in der 0—Lage, wira aber durch eine Änderung in A in aie 1-iiage gestellt, wobei einerseits das signal ^f dem Verstarker 7 zugeführt und andererseits der Kontakt 9 gesperrt wira. »i/enn man die Rotationsrichtung des Motors 1 ändern wii.1, wird erst f_Q, z.B. durch ein nicht gezeigtes Regelsystem, auf einen niedrigen Wert gesenkt, in einem typischen Ji'all entsprechend der frequenz der Ausgangsspannung von 1 az. Jiiernaoh. müßten die Steuerimpulse zu den Hauptthyristoren blockiert werden, und wenn diese gelöscht sind,, müßte eine Umschaltung der Phasenfolge erfolgen können. Für

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die Löschung braucht man wie zuvor gezeigt ein Drittel der Periode, d.h. bei 1 Hz ein Drittel Sekunde. Der gezeigte Kreis reduziert indessen diese Zeit in sehr hohem Grade. Bei einer Änderung des die Phasenfolge bestimmenden Signals A wird die Kippanordnung 15 in die 1-Lage gestellt, und die Steuerimpulse zu den Hauptthyristoren werden vom Kontakt 9 blockiert. Nach der Zeit J ^, die so lang ist, daß die Blockierung mit Sicherheit erfolgen kann, sohaltet der Umschalter 11 auf umgekehrte Phasenfolge um. Bei Einstellen in die 1-Lage der Kippanordnung 12 wird das Signal

zu f addiert. Man kann Δ f hoch wählen, im beschriebenen Fall ο ^J

z.B. 50-100 Mal so groß wie f . Der Löschkreis arbeitet nun mit der Frequenz (f +/\f) und hat in sehr kurzer Zeit - eine oder einige Milliserkunden - beide Hälften des Hauptkreises gelöscht. Die Rüokgangszeit J ₁ der Kippanordnung 15 ist so lang gewählt, daß der Löschkreis während dieser Zeit und bei einer Arbeitsfrequenz, die (f +Δι) entspricht, mit Sicherheit Zeit hatte, die Hauptthyristoren zu löschen, aber nicht länger. Nach der Zeit J ^ geht die Kippanordnung 15 wieder in die O-Lage zurüok, Δ f wird Null, der Kontakt 9,wird leitend, Steuerimpulse werden wieder den Hauptthyristoren zugeführt, und der Stromrichter beginnt, mit der Frequenzfolge f und mit der neuen Phasenfolge zu arbeiten.

Die Erfindung kann bei vielen anderen Arten von Stromrichtern angewendet werden. Ebenso sind die in Fig. 1b gezeigten Steuerkreise nur ein Beispiel, sie können in vielen anderen Arten im Rahmen der Erfindung ausgeführt werden,

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Claims

-8-Patentansprüohe:

(ΪΤ) Anordnung bei einem Thyristorstromrichter, bei der ein Steuerimpulsgerät den Hauptthyristoren des Stromrichters Zündimpulse liefert, wenigstens ein Löschkreis ,jeden Thyristor am Schluß seines Leitintervalls löscht, ein Oszillator den Arbeitstakt des Steuerimpulsgeräts und des Löschkreises und damit die Frequenz des Stromrichters steuert und die Frequenz des Oszillators in Abhängigkeit von einem ihm zugeführten Steuersignal variabel ist, gekennzeichnet durch ein Steuerorgan.für das schnelles Löschen des Beiastungsströme des Stromrichters wenigstens während eines Zeitintervalls, das einmal die Steuerimpulse zu den Hauptthyristoren blockiert und zum andern das dem Oszillator zugeführte Steuersignal so beeinflußt, daß die Oszillatorfrequenz während des Intervalls höher ist als die Frequenz unmittelbar vor Beginn des Intervalls und die Länge des Intervalls so im Verhältnis zur Oszillatorfrequenz während desselben bestimmt ist, daß der Löschkreis während des Intervalls Zeit hat, alle Hauptthyristoren zu löschen.
2. Anordnung bei einem mehrphasigen Stromrichter nach Anspruch 1, bei der ein Umschaltorgan in Abhängigkeit von einem ihm zugeführten Befehlssignal die Phasenfolge der Ausgangsspannung des Stromrichters durch Bestimmung der Reihenfolge festlegt, in der den Thyristoren Steuerimpulse zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Befehlssignal für die Umschaltung der Phasenfolge

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ein«mal das Umsehaltorgan und zum ändern das Steuerorgan für aie Blockierung der Steuerimpulse und die Erhöhung der Oszillatorfrequenz beeinflußt.
3. Anordnung naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Verzögerungsorgan die Umschaltung der Phasenfolge so lange verzögert, daß die Umschaltung erst stattfindet, nachdem das Sxeuer-Ofgan Zeit hatte, mit Sicherheit die Steuerimpulse zu blockieren.

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