DE2019933A1 - Anordnung zum Gleichrichten einer pulsfoermigen Wechselspannung - Google Patents

Anordnung zum Gleichrichten einer pulsfoermigen Wechselspannung

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DE2019933A1
DE2019933A1 DE19702019933 DE2019933A DE2019933A1 DE 2019933 A1 DE2019933 A1 DE 2019933A1 DE 19702019933 DE19702019933 DE 19702019933 DE 2019933 A DE2019933 A DE 2019933A DE 2019933 A1 DE2019933 A1 DE 2019933A1
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transformer
alternating voltage
pulse
rectifier
arrangement
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Manfred Dipl-Ing Hoffmann
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H02M7/066Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode particular circuits having a special characteristic

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Description

  • Anordnung zum Gleichrichten einer pulsförmigen Wechselspannung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Gleichrichten einer pulsförmigen Wechselspannung, insbesondere zur Speisung der Gitterstrece von Stromrichterventilen, mit einem Übertrager, an dessen Primärseite die pulsförmige Wechselspannung liegt und dessen Sekundärseite mit einem Gleichrichter verbunden ist.
  • Als Zündimpuls für Stromrichterventile sind in vielen Anwendungsfällen, beispielsweise bei induktiver Belastung des Schaltkreises sehr lange, möglichst lückenlose Impulse vorzusehen, mit denen die Stromrichterventile potentialfrei anzusteuern sind. Solche Zündimpulse sind mit einem Übertrager bei einem Ummagnetisierungsvorgang nicht zu erhalten.
  • Bekannt ist beispielsweise aus dem USA-Patent 3 379 899 eine Anordnung zur Steuerung eines Stromrichterventils, bei der die Primärseite eines Übertragers mit pulsförmigem Wechselstrom gespeist wird, der auf der Sekundärseite des Übertragere gleichgerichtet wird. Mit der Gleichspannung wird ein Thyristor angesteuert. Die Form des Steuerimpulses ist durch einen im Steuerkreis des Thyristors angeordneten Transistor bestimmt.
  • Eine lückfreie Gleichspannung als Steuerimpuls läßt sich mit dieser Arlordnung nicht realisieren.
  • Es besteht die Aufgabe, eine Anordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei pulsförmiger Wechselspannung mit kurzen Impulsen und größeren Bücken an der Primärseite des Übertragers oder bei einem Übertrager, der nur kurze Spannungsimpulse übertragen kann, ein weitgehend lückfreier Gleichstrom zu erhalten ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in Reihe mit der Sekundärwicklung des Übertragers eine Kapazität angeordnet ist. Es kann für den Übertrager eine Eisenbemeoung gewählt sein, mit der Sättigung des Eisens wenigstens an der Rückflanke jedes an der Primärseite anliegenden Impulses der Wechselspannung erreichbar ist.
  • Der im erfindungsgemäßen Gleichrichter angeordnete Kondensator entlädt sich nach Abklingen jedes Primärimpulses, also wShrend der Impulslücken, wieder über den Übertrager. Die Impulslücken werden dabei teilweise ausgefüllt. Bei dieser Entladung des Kondensators wird das Eisen des Übertragers in der gleichen Richtung wie die vor dem Abklingen des Primärimpulses weiter magnetisiert. Bei der angegebenen Bemessung des Eisens des Übertragere setzt es diesem Magnetisierungsvorgang den geringsteg Widerstand entgegen, da es gesättigt ist.
  • Vorzugsweise ist der Reihenschaltung Von Kapazität und Sekundärwicklung des Übertragers eine Induktivität parallel geschaltet. Die Resonanzfrequenz des aus der Kapazität und der Induktivität gebildeten Serienschwingkreises kann angenähert der Pulsfolgefrequenz der Wechselspannung sein.
  • Mit Hilfe des aus Kapazität und Induktivität gebildeten SC-Gliedes wird die Ausfüllung der Impulslücken weiter verbessert. Insbesondere bei Abstimmung des SC-Gliedes auf Resonanz mit der Eingangsfrequenz erhält man einen weitgehend lückenlosen Gleichstrom. Außerdem wird durch das SC-Glied die Anstiegsgeschwindigkeit des Steuerimpulses in der Gitterstrecke des Stromrichterventils äußerst wenig beeinflußt. Anzuführten ist noch ein weiterer Vorteil des SC-Gliedes. Der Kondensator des SC-Gliedes wirkt ausgleichend auf den Strom im Lastkreis des Gleichrichters und hält diesen nahezu konstant, auch wenn der Widerstand des iiastkreises sich verändert. So wurde bei einer Widerstandsänderung yen 1: 6,6 im Lastkreis nur eine Stromänderung von 1: 1,5 erhalten. Ein mit dem erfindungsgemäßen SC-Kreis' ausgerüsteter Gleichrichter ist daher zur Erzielung von Stromkonstanz in Lastkreisen mit veränderlichem Widerstand gut geeignet, beispielsweise kann er zur Stabilisierung von Lichtbogen eingesetzt werden. Besonders geeignet ist dieser Gleichrichter zur Speisung der Gitterstrecken mehrerer Stromrichterventile, diewie beispielsweise bei der Parallel- und/oder Serienschaltung von Stromrichterventilen parallel von einer gemeinsamen Spannungsquelle versorgt werden sollen. Da der Widerstand der Gitterstrecken von Stromrichterventilen stark streut, waren bisher bei Parallel- oder Serienschaltungen von Stromrichterventilen in den Gitterkreisen Anpassungswiderstände vorzusehen. Bei verbesserter Stromkonstanz sind die Wirkerluste-in den Widerständen mit der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden.
  • Im folgenden wird die erfindungsgemäße Anordnung beispielhaft anhand der Figuren 1 bis 5 naher erläutert. In den Fig. sind identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Gleichrichters. Die Sekundärwicklung 1a eines Übertragers 1 ist an einen Gleichrichter 2 angeschlossen, zu dem ungesteuerte Strom richterventile 3, beispielsweise Dioden in Brückenschaltung zusammengefaßt sind. In Reihe mit der Sekundärwicklung ia des Übertragers 1 ist eine Kapazität 4 geschaltet. Im Lastkreis 5 des Gleichrichters 2 ist die Gitterstrecke eines steuerbaren Stromrichterventils 6 angeordnet, das beispielsejse ein Thyristor sein kann. Der Lastkreis des Thyristors ist in Pig. 1, wie auch in den übrigen Figuren nicht dargestellt, um die Übersichtlichkeit zu wahren.
  • Wird an die Klemmen 7 der Primärwicklung ib des Übertragers 1 eine pulsförmige Wechselspannung U angelegt, wie sie in Fig. 2 gegen die Zeit aufgetragen ist, so erhält man, falls der Kondensator 4 nicht vorhanden ist, einen gleichgerichteten Strom, der große Impulslücken aufweist. Unabhängig von der Form der Wechselspannung, die an die Klemmen 7 gelegt ist, erhält man einen gleichgerichteten Strom mit großen Impulslücken, wenn der Transformator 1 nur kurze Spannungsimpulse übertragen kann.
  • Mit dem Kondensator 4 werden die Lücken im gleichgerichteten Strom wenigstens teilweise ausgefüllt. Der Kondensator 4 entlädt sich nach dem Abklingen jedes Primärimpulses, also in den Pausen wieder über den Übertrager 1. Dabei wird auch Energie in den Lastkreis 5 des Gleichrichters 2 abgegeben und die Impulslücken des gleichgerichteten Stromes zum Teil ausgeglichen. Es ist günstig, das Eisen 1c des übertragers 1 so zu bemessen, daß es gerade zur Übertragung eines Primärimpulses ausreicht, d.h. das Eisen des Übertragers soll so bemessen sein, daß es an der Rückflanke jedes Primärimpulses gerade gesättigt ist. Das Eisen des Übertragers 1 wird bei der Entladung des Kondensators 4 in der gleichen Richtung wie während der Übertragung des Primärimpulses weiter magnetisiert. Falls es bei der Entladung des Kondensators bereits gesättigt ist, eetzt es diesem Magnetisierungsvorgang den geringsten Widerstand entgegen. Auch ein Eisen 1c des Ubertragers 1 mit gesicherter Kennlinie setzt dem Stromfluß während der Entladung des Kondensators 4 nur wenig Widerstand entgegen.
  • Die Pig. 3 zeigt eine Erweiterung der in Fig. 1 dargestellten Schaltung. Der Reihenschaltung von Sekundärwicklung 1a und Kondensator 4 ist eine Induktivität 8 parallel geschaltet, die somit zwischen den Wechselspannungsanschlüssen der Gleichrichterbrücke 2 liegt. Mit diesem SC-Glied 4,8 wird, die Lückfreiheit des gleichgerichteten Stromes weiter verbessert.
  • Sind insbesondere die Kapazität 4 und die Induktivität 8 so bemessen, daß die Resonanzfrequenz des aus ihnen gebildeten Serienechwingkreises mit der Pulsfolgefrequenz der an den Klemmen 7 liegenden Wechselspannung übereinstimmt, so liegt am Wechselspannungseingang des Gleichrichters 2 unabhängig von der Form der Primärspannung eine sinusähnliche Wechselspannung. Dabei ist es ebenfalls günstig, das Eisen i des Übertragers 1 entsprechend der Vorschrift zu bemessen, die im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurde.
  • Eine weitere Ergänzung des erfindungsgeßen Gleichrichters zeigt die Fig. 4. Es ist in den Lastkreis 5 des Gleichrichters 2 eine Glättungsdrossel 9 eingesetzt und dem Gleichrichter 2 eine Freilaufdiode 10 parallel geschaltet. Mit dieser Glättungseinrichtung erhält man einen gleichgerichteten Strom, der keine Impulslücken mehr aufweist. Es ist jedoch anzuführen, daß die Anst'iegsgeschwindigkeit des Stromes im Gitterkreis 5 von dem LC-Glied 4,8 weniger beeinfluß wird, als durch die Induktivität 9. Die Induktivität 9 kann daher nur einen kleinen Induktivitätswert aufweisen. Hinzuweisen ist noch darauf, daß in der Fig. 4 die Gitterstrecke des Thyristors 6 durch einen Widerstand 6a, der auch veränderlich sein kann, ersetzt ist.
  • Mit dem in den Figuren 3 und;4 enthaltenen LC-Glied 4,8 wird zusätzlich erreicht, daß der Strom im-Lastkreis 5 weitgehend unabhängig von der Größe des Widerstandes der Gitterstrecke des Thyristors 6 bzw. des Widerstandes 6a wird.'S.Git einem Gleichrichter nach Fig. 3 oder 4 läßt sich also weitgehende Stromkonstanz im Lastkreis 5 auch bei einem veränderlichen Widerstand 6 erreichen. Dieser Vorteil wird mit den Fig. 5a und 5b demonstriert. Die Fig. 5a und'5b zeigen Oszillogramme, in denen der Strom gegen die Zeit aufgetragen ist. Dabei entspricht eine Rastereinheit des Oszillographenrasters einem Strom von 170 mA. Die Oszillogramme wurden mit einer Schaltung entsprechend der Fig. 4 gewonnen. An den Klemmen 7 des Übertragers 1 lag eine pulsförmige Wechselspannung mit einer Puisfolgefrequenz von 10 KHz. Das SC-Glied 4,8 war in Resonanz mit dieser Eingangsfrequenz. Für das Oszillogramm nach Fig. 5a war im Lastkreis 5 des Gleichrichters ein Widerstand 6a angeordnet, dessen Widerstandswert 1fl betrug. Für die Aufnahme des Oszillogrammes nach Fig. 5b betrug der Widerstandswert des Widerstandes 6a, 6,6kl -. Der Vergleich der Oszillogramme zeigt, daß bei der Widerstandsänderung von 1:6,6 sich nur eine Stromänderung von 1:1,5 ergab. Der Strom im Lastkreis 5 ist also weitgehend unabhangig vom Widerstandswert des Lastwiderstandes.
  • Ein Gleichrichter entsprechend Fig. 3 oder 4 ist für alle Anwendungsfälle geeignet, bei denen nahezu konstanter Strom im Lastkreis unabhängig'von der Größe des Lastwiderstandes gefordert wird. Dabei ist besonders auf den gringen wirtschaftlichen Aufwand hinzuweisen, mit dem diese Stromkonstanz erhalten wird. Als ein besonderes Anwendungsbeispiel ist de Steuerung von Thyristoren zu erwähnen, die parallel und/oder in Serie geschaltet sind und bei denen die Gitterkreise von einer gemeinsamen Spannungsquelle versorgt werden sollen. Da die Gitterstrecken von Thyristoren stark streuen, mußte bisher im Gitterkreis ein Zusatzwiderstand in Serie zur Gitterstrecke angeordnet werden, um die Gitterstrecke an den eingespeisten Steuerimpuls anzupassen. Die Größe dieses Widerstandes mußte empirisch ermittelt werden und es entstanden Verluste in diesem vorgeschalteten Widerstand. Werden hingegen die Gitterkreise von parallel oder in Serie geschalteten Thyristoren entsprechend der Fig 3 oder 4 ausgebildet, so wirkt der in Serie zur Gi-tterstrecke liegende Kondensator 4 ausgleichend auf die Ströme in der Gitterstrecke, auch wenn mehrere solche Kreise parallel von einer gemeinsamen Spannungsquelle versorgt werden. Das langwierige, empirische Ermitteln der Widerstandswerte von Vorwiderständen im Gitterkreis wird damit vermieden und vor allem werden keine Wirkverluste verursacht.
  • 5 Patent ansprüche 5 Figuren

Claims (5)

  1. Patentansprüche 0Anordnung zum Gleichrichten einer pulsförmigen Wechselspannung, insbesondere zur Speisung der Gitterstrecke von Stromrichterventilen, mit einem Übertrager, an dessen Primärseite die pulsförmige Wecliselspannung liegt und dessen Sekundärseite mit einem Gleichrichter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Sekundärwicklung (la) des Übertragers (1) eine Kapazität (4) angeordnet ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Übertrager (1) eine Sisenbemessung gewählt ist, mit der Sättigung des Eisens (lc) wenigstens an der Rückflanke jedes an der Primärseite (1b) anliegenden Impulses der Wechselspannung erreichbar ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschaltung von Kapazität (4) und Sekundärwicklung (1b) des Übertragers (1) eine Induktivität (8) parallel geschaltet ist.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des aus der Kapazität (4) und der Induktivität (8) gebildeten Schwingkreises angenähert gleich der Pulsfolgefrequenz der Wechselspannung ist.
  5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gleichrichter (2) eine Glättungseinrichtung (9) nachgeschaltet ist.
    L e e r s e i t e
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