DE2059047A1 - Thyristor-Polwendeschalter fuer Gleichstromverbraucher - Google Patents

Thyristor-Polwendeschalter fuer Gleichstromverbraucher

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DE2059047A1
DE2059047A1 DE19702059047 DE2059047A DE2059047A1 DE 2059047 A1 DE2059047 A1 DE 2059047A1 DE 19702059047 DE19702059047 DE 19702059047 DE 2059047 A DE2059047 A DE 2059047A DE 2059047 A1 DE2059047 A1 DE 2059047A1
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DE
Germany
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direct current
bridge
thyristor
voltage
capacitor
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Application number
DE19702059047
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Helmut Berner
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/06Two-wire systems
    • 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
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/125Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M3/135Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only

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  • Power Engineering (AREA)
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Description

  • "Thyristor-Polwendeschalter für Gleichstromverbraucher" Die Erfindung betrifft einenDhyristor-Polwendeschalter für Gleichstromverbraucher, bestehend aus einer Thyristor-Stromrichterbrücke mit vier Zweigen, bei der in der Gleichstromdiagonale eine in der Spannung zwischen Null und einem Größtwert verstellbare Gleichstromquelle und in der Wechselstromdiagonale der Gleichstromverbraucher liegt und bei der in jedem Brückenzweig ein Thyristor und eine Gleichrichter--diode gleichsinnig gepolt in Reihe geschaltet sind und die Thyristoren einer jeden Brückenhälfte an der mit der Gleichrichterdiode verbundenen Elektrode über einen Kondensator zur gegenseitigen Zwangslöschung miteinander verbunden sind.
  • Bei einer Thyristor-Stromrichterbrücke sind gleichzeitig zwei Thyristoren, die in zwei sich gegenüberliegenden Brükkenzweigen liegen, stromleitend, so daß der Gleichstrom, je nachdem in welchen beiden Brückenzweigen die Thyristoren stromleitend sind, entweder in der einen oder in der anderen Richtung durch den Verbraucher fließt. Der Gleichstrom wird umgepolt, wenn die Thyristoren der beiden jeweils stromfreien Brückenzweige gezündet werden, wodurch die Thyristoren der stromführenden Brückenzweige mit Hilfe der Löschkondensatoren zwangsgelöscht werden.
  • Eine Thyristor-Stromrichterbrücke kann bekanntlich, z. B. als Wechselrichter betrieben werden, welcher auf einen Wechselstromverbraucher arbeitet, ohne Möglichkeit, den erzeugten Wechselstrom zu steuern oder zu regeln. Sind den einzelnen Brückenzweigen GleichrichtedEoden antiparallelgeschaltet, so kann über diese am Schluß einer jeden Stromhalbwelle eine Rückspeisung aus dem Verbraucher erfolgen, wenn der Verbraucherwiderstand eine reaktive Eomponente hat. Ist bei einer Stromrichterbrücke jeder Ehyristor mit einer eigenen Löscheinrichtung versehen und daher beliebig löschbar, so kann die Speisung des Verbrauchers (Gleichstrom- oder Wechselstromverbraucher) durch Variation der Ein- und Ausschaltzeit der Thyristoren gesteuert oder geregelt werden.
  • Es ist z. B. eine Thyristor-Stromrichterbrückenanordnung bekannt (DAS 1 434 018), mit der die elektrische Speisung eines Gleichstrom- oder Wechselstromverbrauchers, und zwar eines Elektromotors aus einer Gleichstromquelle in beliebiger Energie-, Strom- und Spannungsrichtung gesteuert oder geregelt wird und bei der der Aufwand an zu installierender Ventilleistung und der Blindleistungsbedarf gering sind, wenn nur die Thyristoren einer Brückenhälfte beliebig löschbar sind. Die bekannte Stromrichteranordnung ermöglicht es, einen Elektromotor in allen vier Quadranten zu betreiben, und die Spannung der Stromquelle ist entsprechend der Nenndrehzahl des Motors gewahlt und ist unveränderlich.
  • Ein Thyristor-Polwendeschalter nach der Erfindung für einen Gleichstromverbraucher besteht ebenfalls aus einer Thyristor-Stromrichterbrücke, bei der in der Gleichstromdiagonale jedoch eine in der Spannung zwischen Null und der Nennspannung des- Gleichstromverbrauchers verstellbare Gleichstromquelle liegt und bei der in der Wechselstromdiagonale der Gleichstromverbraucher liegt.
  • Das Problem, das der Erfindung zugrundeliegt, besteht einmal darin, daß, wenn die Verbraucherspannung durch Verstellen der Spannung der Gleichstromquelle auf einen Wert weit unter der Nennspannung eingestellt ist, die Löschkondensatoren nicht mehr genügend Spannung erhalten, um die stromführenden Thyristoren der Stromrichterbrücke noch löschen zu können und dadurch den Verbraucherstrom umpolen zu können. Zum andern besteht das Problem darin, daß in diesem angenommenen Falle die Anodenspannung der stromfreien Thyristoren kleiner als 6 Volt sein kann, wobei diese Thyristoren nicht mehr sicher gezündet werden können.
  • Durch die Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, daß dem Löschkondensator in jeder Brückenhälfte eine Zweiwegladeschaltung mit einer Gleichstromquelle gesondert zugeordnet ist, welch letztere eine zum Löschen und zur Spannungsbelastung der Thyristoren beim Zünden ausreichend hohe feste Spannung aufweist.
  • Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung besteht die Zweiwegladeschaltung für den Löschkondensator in jeder Brükkenhälfte der Stromrichterbrücke darin, daß der Löschkondensator über einen Ladewiderstand sowie den in einer Brückenhälfte jeweils stromleitend gezündeten Thyristor an die zugeordnete Gleichstromquelle anschließbar ist.
  • Nach einer Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Gleichstromquellen der den Kondensatoren in den Brückenhälften zugeordneten Zweiwegladeschaltungen aus je einem über einen Transformator an eine gemeinsame Wechselstromquelle angeschlossenen Gleichrichter mit einem Speicherkondensator.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Thyristor-Polwendeschalter dargestellt und wird im folgenden erläutert, das zum beliebigen Umpolen des Ankerstromes eines Gleichstrommotors mit einer konstanten ferromagnetischen Erregung vorgesehen ist.
  • -Polwende-Der in der Zeichnung dargestellte Thyristo*behalter ist mit 1 bezeichnet und besteht aus einer Stromrichterbrücke mit vier Zweigen 11 bis 14, bei der in jedem Zweig ein Thyristor und eine Gleichrichterdiode gleichsinnig gepolt in Reihe geschaltet sind. Die Thyristoren sind mit T1 bis T4 und die Gleichrichterdioden sind mit D1 bis D4 bezeichnet. In der Gleichstromdiagonale dieser Stromrichterbrücke liegt eine in der Spannung verstellbare Gleichstromquelle 2 und in der Wechselstromdiagonale liegt der Gleichstrommotor M. Die Gleichstromquelle 2 kann ein Gleichrichter 23 mit nachgeschaltetem Speicherkondensator 24 und Widerstand 22 sein. Die Ausgangsspannung Ug dieser Gleichstromquelle ist zwischen Null und einem Höchstwert, der Nennspannung UN des Motors M, verstellbar. Je zwei in der oberen und in der unteren Brückenhälfte der Stromrichterbrücke liegende Thyristoren T1, T3 und T2, T4 sind beliebig gegenseitig löschbar durch einen jeweils löschbereit geladenen Kondensator C 13 und C 24, über den, wie aus der Zeichnung hervorgeht, in der oberen Brückenhälfte die Thyristoren Tl und T3 an der Kathode und in der unteren Brückenhälfte die Thyristoren T2 und T4 an der Anode direkt miteinander verbunden sind.
  • Betriebsmäßig sind jeweils die Thyristoren gleichzeitig stromführend, die in sich gegenüberliegenden Brückzweigen liegen, nämlich die Thyristoren Tl und T4 oder die Thyristoren T3 und T2. Ein jeweils stromführendes Thyristorpaar wird durch die Löschkondensatoren gelöscht, wenn das andere Thyristorpaar gezündet wird. Dadurch wird die Richtung des Verbraucherstromes umgepolt. Dieses gegenseitige Löschen ist aber nur bei ausreichender Spannung der Löschkondensatoren möglich. Ferner ist das Zünden eines jeweils stromfreien Thyristorpaares nur bei ausreichend großer Spannung der Kondensatoren sicher möglich. Wird der Gleichstrommotor M beispielsweise mit einer niedrigen Drehzahl betrieben, so ist hierfür eine entsprechend kleine Ankerspannung, d. h.
  • auch eine kleine Gleichrichterspannung Ug, erforderlich. Die Löschkondensatoren werden dann nicht auf eine zum Löschen ausreichende Spannung geladen. Das Löschen und Zünden der Thyristoren und somit das Umpolen des Verbraucherstromes ist daher nicht mehr möglich. Deshalb sind die Löschkondensatoren erfindungsgemäß mit je einer Zweiwegladeschaltung versehen, die eine Gleichstromquelle 3 bzw. 4 mit einer festen Spannung enthält, die mindestens so groß ist, daß die Thyristoren sicher gelöscht und wiedergezündet werden. Mit dieser Ladeschaltung kann der Ankerstrom des Gleichstrommotors auch bei sehr geringer Drehzahl und entsprechend geringer Ankerspannung umgepolt werden.
  • Die Gleichstromquellen 3 und 4 bestehen nach dem Ausführungsbeispile aus je einem mittels eines Transformators T, welcher zwei Sekundärwicklungen 32 und 42 hat, an die Wechselstromquelle 21 angeschlossenen Gleichrichter 33 und 43 mit einem Speicherkondensator 34 und 44. ober den jeweils stromführenden Thyristor der Stromrichterbrücke und einen Ladewiderstand wird in jeder Brückenhälfte der Löschkondensator unabhängig von der Gleichrichterspannung Ug auf eine ausreichend große Spannung solcher Polarität geladen, daß beim Zünden des jeweils stromfreien Thyristors der stromführende Thyristor jederzeit gelöscht werden kann, und der jeweils stromfreie Thyristor eine ausreichende Anodenspannung zum Zünden erhält. Der Löschkondensator der oberen Brückenhälfte beispielsweise wird bei stromführendem Thyristor Tl über einen in der Zeichnung mit 15 bezeichneten Ladewiderstand und bei stromführendem Thyristor T3 über einen mit 16 bezeichneten Ladewiderstand aus der Gleichstromquelle 3 mit entsprechender Polarität löschbereit geladen. Die entsprechenden Ladewiderstände der Zweiwegschaltungen in der unteren Brückenhälfte sind mit 18 und 17 bezeichnet.
  • Als Anwendungsbeispiel eines Thyristor- Polwendeschalters nach der Erfindung sei hier der Antrieb einer langen auf- und abwickelbaren drahtförmigen Säge mit Hilfe eines Gleichstrommotors genannt, welcher auch bei kleiner Drehzahl und geringer Laufgeschwindigkeit der drahtförmigen Säge mittels des Polwendeschalters beliebig reversiert werden kann.

Claims (3)

  1. P a t en t a n s p r ü c h e :
    fo Thyristor-Polwendeschalter für Gleichstromverbraucher, bestehend aus einer Thyristor-Stromrichterbrücke mit vier Zweigen, bei der in der Gleichstromdiagonale eine in der Spannung zwischen Null und einem Größtwert verstellbare Gleichstromquelle und in der Wechselstromdiagonale der Gleichstromverbraucher liegt und bei der in jedem Brükkenzweig ein Thyristor und eine Gleichrichterdiode gleichsinnig gepolt in Reihe geschaltet sind und die Thyristoren einer jeden Brückenhälfte an der mit der Gleichrichterdiode verbundenen Elektrode über einen Kondensator zu gegenseitigen Zwangslöschung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß diesem Kondensator (C 13, C 24) in jeder Brückenhälfte (11,12; 13,14) eine Zweiwegladeschaltung mit einer Gleichstromquelle (3, 4) gesondert zugeordnet ist, welch letztere eine zum Löschen und zur Spannungsbelastung für das Zünden ausreichend hohe feste Spannung aufweist.
  2. 2. Thyristor-Polwendeschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweiwegladeschaltung für den Löschkondensator in jeder Brückenhälfte der Stromrichterbrücke (1) darin besteht, daß der Löschkondensator (C13, C24) über einen Ladewiderstand sowie den in einer Brückenhälfte jeweils stromleitend gezündeten Thyristor an die zugeordnete Gleichstromquelle (3, 4) anschließbar ist.
  3. 3. Thyristor-Polwendeschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromquellen (3, 4) der den Kondensatoren (G13, C24) in den Brückenhälften zugeordneten Zweiwegladeschaltungen aus je einem über einen Transformator (T) an eine gemeinsame Wechselstromquelle (21) angeschlossenen Gleichrichter (33, 34) mit einem Speicherkondensator (34, 44) bestehen.
DE19702059047 1970-12-01 1970-12-01 Thyristor-Polwendeschalter fuer Gleichstromverbraucher Pending DE2059047A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0580270A1 (de) * 1992-06-24 1994-01-26 Siemens Aktiengesellschaft Schaltung zur Steuerung eines Polwendeschalters

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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