DE2112932C - Verfahren und Anordnung zur Steuerung eines selbstgeführten Stromrichters mit Zwischenkommutierung skreis - Google Patents

Description

65 22 löscht. Nach diesem verhältnismäßig schnellen

und lediglich von der Drossel 23 sowie der Wick-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und lung 16 gedämpften Entladevorgang wird der Kom-

einc Anordnung zur Steuerung eines selbstgeführten mutieriingskondcnsatoi' 24 durch den über das Hilfs-

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ventil 26 fließenden Laststrom i_L in entgegengeseiz- In bevorzugter Weise ist der Wert des konstanten

ter Polarität aufgeladen (gestrichelt eingezeichneter Umladewinkels kleiner als 60° eL Pfeil). Der Kommutierungskondensator 24 ist damit In vorteilhafter Weise erfolgt die Zündung der den

spannungsrichtig für den nächsten Kommutierungs- jeweiligen Brückenhälften zugeordneten Hilfsventile Vorgang von dem Brückenventil 18 auf das Brücken- 5 in konstanten Phasenabständen zu den Nulldurchventil 19 aufgeladen. Die Umladung des Kommutie- gangen der Phasenspannungen des Netztransformaningskondensators 24 erfolgt so lange, bis das Briik- tors.

kenventil 20 in einem konstanten Phasenabstand zum Eine Anordnung zur Durchführung des erfradungs-

Hilfsventil 26 gezündet wird. Der Phasenabstand, gemäßen Verfahrens besteht erfindungsgemäß dann, der entsprechend der dabei erfolgenden Umladung io daß für je eiue Brückenhälfte eine Vergleichseinricndes Kommutierungskondensators 24 als Umladewin- rung vorgesehen ist, deren erster Eingang von einem kel ό bezeichnet werden soll, wird so gewählt, daß einstellbaren Referenzwertgeber beaufschlagt ist, dedas Anodenpotential des Brückenventils 22 im Zünd- ren zweiter Eingang mit den Klemmen des Kommuzeitpunkt größer als das Anodenpotential des Hilfs- tierungskondensators und dessen Ausgang mit einem ventils 26 ist Der Ladestrom kommutiert daher von i₅ Gittersteuersatz der betreffenden Brückenhälfte verdeiii Hilfsventil 26 auf das Brückenventil 20, womit bunden ist der Kommutierungsvorgang beendet ist. · In weiterer Ausgestaltung der Anordnung zur

Es hat sich jedoch gezeigt (Forschungsbericht Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens »Blindlaststromrichter« von I. Harnisch, 1967, wird vorgeschlagen, daß für die Hilfsventile je em Bibliothek der Technischen Universität Berlin), daß _ao sechspulsiger Gittersteuersatz vorgesehen ist, dessen der Betrieb des bekannten Stromrichters mit konstan- drei erste Ausgänge parallel mit der Steuerelektrode tem Umladewinkel Λ zu technisch unbefriedigenden des zugehörigen Hilfsventils verbunden sind und desErgebnissen führt. Da ein konstanter Umladewin- sen drei zweite Ausgänge je mit einem Steuereingang kel 'i die Aufladung des Kommutierungskondensa- des Gittersteuersatzes der zugehörigen Brückenhälfte tors 24 zeitlich begrenzt, ist der Scheitelwert der La- ₂₅ zur Beaufschlagung desselben mit Hilfszündimpulsen abspannung u₍ des Kommutierungskondensators di- verbunden sind.

rekt proportional der Größe des ladenden Laststroms Durch die erfindungsgemäße Veränderung des Um-

I₁. Der Laststrom i_L wiederum kann in weiten GiTn- ladewinkels Λ erfolgt die Zündung des zu kommutiezen schwanken, so daß die Ladespannung u, des renden Brückenventils (z. B. des Brückenventils 20 Kommutierungskondensators 24 bei kleiner BeIa- _3O gemäß dem obigen Beispiel) stets dann, wenn der stung des Stromrichters sehr kleine Scheitelwerte be- " Kommutierungskondensator auf einen Referenzwert sitzt, während bei großer Stromrichterbelastung Über- . U_hl._t aufgeladen ist. Dadurch werden in Fällen einer spannungen am Kommutierungskondensator auftre- hohen Belastung des Stromrichters Kondensatorüberten. Als Folge einer Unterspannung des Kondensa- spannungen vermieden.

tors wird das Anodenpotential des Hilfsventils 26 im ₃₅ Die Erfindung wird mit ihren weiteren Einzelhei-Zündzeitpunkt nicht über das Anodenpotential des ten und Vorteilen an Hand des in den Zeichnungen abzulösenden Brückenventils 22 gehoben, so daß die veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläu-Kommutierung des Laststroms von dem Brücken- tert; es zeigt

ventil 22 auf das Hilfsventil 26 ausbleibt und eine F i g. 1 ein Schaltbild eines Stromrichters nach der

kurzschlußartige Durchzündung erfolgt. Bei Über- ₄₀ deutschen Patentschrift 663 388, spannungen des Kommutierungskondensators besteht Fig. 2 ein Schaltbild einer Anordnung zur Durch-

die Gefahr, daß die zulässige Sperrspannung aller führung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Ventile überschritten wird, was z. B. bei Verwendung Fig. 3a ein Zeitdiagramm des Spannungsverlaufs

von Thyristoren als Ventile zu deren Zerstörung füh- der dreiphasigen Speisewechselspannung und der ren würde. ₄₅ Ladespannung und

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein F i g. 3 b ein Zeitdiagramm der Stromrichtergleich-

Steuerverfahren für den bekannten Stromrichter an- spannung.

zugeben, das einen Betrieb bei allen auftretenden Die Anordnung zur Durchführung des erfindungs-

Belastungsfällen ermöglicht. gemäßen Verfahrens (Fig. 2) ist in ihrem Stark-

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- 50 stromteil bis auf die fehlende Drossel 23 identisch löst, daß der Umladewinkel in Abhängigkeit von dem mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung nach der Laststrom derart verändert wird, daß die Ladespan- deutschen Patentschrift 663 388. Die in Fig. 1 vornung des Kommutierungskondensators einen wähl- gesehene Drossel 23 verlängert die erwünschte, bar konstanten Scheitelwert besitzt. rasche Kommutierung zwischen Brücken- und Hilfs-

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschla- 55 ventilen, so daß bei der erfindungsgemäßen Anordgen, daß der Istwert der Ladespannung gemessen nung nach Fig. 2 auf die Drossel 23 verzichtet und mit einem einstellbaren Sollwert verglichen wird, wurde.

derart, daß bei Koinzidenz zwischen beiden Werten Die B rücken ventile 17,18,19 bzw. 20, 21, 22 je-

ein Signal zur Beaufschlagung des zu kommutieren- <ler Brückenhälfte werden an ihren Steuerelektrode)! den Brückenventils mit einem Hauptzündimpuls ab- 60 in periodischer Folge mit den Hauptzündimpulsfolgeleitet wird. gen je eines Gittersteuersatzes 27 bzw. 28 beauf-

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß den schlagt. Die Gittersteuersätze 27, 28 können her-Brückenventilen je ein zusätzlicher Hilfszündimpuls kömmliche Impulsgeneratoren enthalten, deren Auszugeführt wird, der gegenüber dem zugehörigen gangsimpulse je einem Ringzähler zugeleitet werden, Hauptzündimpuls einen nacheilenden, konstanten 65 der die Impulse periodisch auf die Steuerelektroden Umladewinkel ö_max besitzt und bei Ausbleiben des der betreffenden Briickenventile verteilt. Die Impuls-Hauptzündimpuls das zugehörige Brückenventil folgefreiiuenz der Hauptziindimpulsfoigen entspnc.it durchsteuert. dabei der dreifachen Nctzfrequenz der Speisespan-

nung, wobei die Phasenlge der beiden Hauptzündimpuisfolgen um die halbe Schwingungsdauer verschoben ist.

Den Gittersteuersätzen 27, 28 werden Ein- und Ausschaltsignale von je einer Vergleichseinrichtung 29, 30 zugeführt, die beispielsweise als Differenzverstärker ausgebildet sein kann. Die Klemmen des ersten Eingangs α jeder Vergleichseinrichtung 29 bzw. 30 sind mit den Anschlüssen des Kommutierungskondensators 24 verbunden, während die Klemmen des zweiten Eingangs b jeder Vergleichseinrichtung mit einem Referenzwertgeber verbunden sind, beispielsweise einer Gleichspannungsquelle 31 bzw. 32, deren Ausgangsspannung durch einen regelbaren Widerstand 33 bzw. 34 verstellt werden kann. _J5

Für die Steuerung der Hilfsventil 25, 26 ist je ein Gittersteuersatz 35 bzw. 36 vorgesehen, beispielsweise ein herkömmlicher sechspulsiger Gittersteuersatz, dessen drei erste Ausgänge über nicht dargestellte Diodengatter parallel geschaltet und mit der ao Steuerelektrode des betreffenden Hilfsventil 25 und 26 verbunden sind, während die restlichen drei Ausgänge je an einem Steuereingang des zugehörigen Gittersteuersatzes 27 bzw. 28 angeschlossen sind. Die letztgenannte Maßnahme dient einmal zur Synchro- as nisation der Ringzähler in den Gittersteuersätzen 27, 28 und zum anderen zur Doppelzündimpulsbildung, um, wie noch erläutert wird, die Durchzündungsgefahr bei Schwachlast zu beseitigen.

Die Funktionsweise des Steuerteils des in F i g. 2 dargestellten Stromrichters soll nachstehend erläutert werden.

In der Vergleichseinrichtung 29 bzw. 30 wird die an den Klemmen des Kondensators 24 abgegriffene momentane Ladespannung u_c mit einer von dem Referenzwertgeber 31/33 bzw. 32/34 vorgegebenen posiviten bzw. negativen Referenzspannung U_Kel verglichen. Wenn die momentane Ladespannung u_c den betreffenden negativen bzw. positiven Referenzwert U_Kef erreicht hat, entsteht am Ausgang der betreffenden Vergleichseinrichtung 29 bzw. 30 ein Signal bestimmter Amplitude (beispielsweise der Amplitude Nuii), auf weiches der nachgeschaltete üittersteuersatz 27 bzw. 28 anspricht und an die Steuerelektrode des zu kommutierenden Brückenventils einen Hauptzündimpuls abgibt. Die Zündung des zu kommutierenden Brückenventils erfolgt bei Starklast somit stets in dem Zeitpunkt, wenn die Ladespannung u_c den Referenzspannungswert U_Rrf besitzt Der Umladewinkel <5, welcher der Zeitspanne zwischen dem Zünden des Hilfsventils 25 bzw. 26 und dem zu kommutierenden Brückenventils entspricht, ist dann dem Laststrom i_L proportional. Bei Entlastung bzw. Schwachlast des Wechselrichters kann der Fall eintreten, daß der Wert des Laststroms so gering ist, daß der Kommutierungskondensator nicht mehr auf den eingestellten Referenzwert aufgeladen wird. Ohne besondere Vorkehrungen würden die Gittersteuersätzc 27, 28 zur Erzeugung von Hauptzündimpulsen nicht mehr in der Lage sein, so daß Durchzündungen der Hauptventile unvermeidlich wären. Um dieser Gefahr zu begegnen, werden, wie oben bereits erwähnt wurde, jeweils drei Zündimpulse der Gittersteuersätze 35, 36 den Steuereingängen der betreffenden Gittersteuersätze 27, 28 zugeführt, und zwar in der Weise, daß die Zündimpulse der Gittersteuersätze 35, 36 um einen zeitlich konstanten Umiadewinkel ü_max nach Erzeugung der zugehörigen Hauptzündimpulse den Ausgängen der Gittersteuersätze 27, 28 als Hilfszündimpulse zugeleitet werden. Durch diese Doppelzündimpulsbildung für die Brückenventile wird sichergestellt, daß auch bei Ausbleiben der Hauptzündimpulse die Brückenventile vor dem selbständigen Durchzünden durchgesteuert werden, so daß sich ein Minimallaststrom einstellen kann.

In F i g. 3 a ist der zeitliche Verlauf der Ladespannung u_r zusammen mit dem Verlauf der Phasenspannungen u_K, w_s, u_T der Netzspannung dargestellt. Zum Zeitpunkt t„ wird das der positiven Phasenspannung «κ zugeordnete Brückenventil (beispielsweise das Brückenventil 20) durch das der betreffenden Brückenhälfte entsprechende Hilfsventil (beispielsweise das Hilfsventil 26) abgelöst. Der auf den positiven Scheitelwert + U₁. aufgeladene Kommutierungskondensator 24 entlädt sich und wird anschließend auf den negativen Scheitelwert -U_c (Zeitpunkt fj) umgeladen, so daß sich der Umladewinke] <5 aus der Zeitdifferenz t₂ bis /₀ ergibt. Bei Erreichen des Scheitelwerts — l/_f wird das der positiven Phasenspannung u_s zugeordnete Brückenventil (beispielsweise das Brückenventil 22) gezündet, wodurch der Laststrom i_L von dem Hilfsventil 26 auf das Brückenventil 22 kommutiert.

Der zeitliche Verlauf der an den GleichMromklemmen der Stromrichterbrücke anstehenden GleichspanungM_rf ist in Fig. 3b dargestellt Man erkennt daß die Gleichspanung u_d zum Zeitpunkt f₀ auf den Scheitelwert U_c der Ladespannung springt und sich in gleicher Weise wie diese während der dem Umiadewinkel f> entsprechenden Zeitdifferenz ändert Zwischen je zwei Umladeperioden verläuft die Gleichspannung u_d sinusförmig, wobei sie die Zeitachse im natürlichen Kommutierungszeitpunkt schneidet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 Stromrichters in Dreiphasen-Brückenschaltung mit Patentansprüche: zwischen den Laststromkleinmen in Serie angeordne-

1. Verfahren zur Steuerung eines selbstgeführ- ten HDfsventilen, die über einen gemeinsamen Komten Stromrichteis in Dreiphasen-Brückenschal- mutierungskondensator mit dem sekundärseitigen tang mit zwischen den Laststromklemmen in Serie 5 Stempunkt eines den Stromrichter speisenden Netzangeordneten HüUsventOen, die über einen ge- transformators verbunden sind und abwechselnd1 bei meinsamen Kommutienmgskondensator mit dem je einer Kommutierung des Laststroms gegenüber sekundärseitigen Sternpunkt eines den Strom- dem zu kommutierenden Brückenventil um einen lichter speisenden Netztransformators verbunden voreilenden Umladewinkel vorgezündet werden,
sind und abwechselnd bei je einer Kommutierung io Zur Aussteuerung von zwangskommutierten Stromdes Laststromes gegenüber dem zu kommutie- richtern werden Kommutierungseinrichtungen verrenden Brückenventil um einen voreilenden Um- wendet, die vor dem natürlichen Zündzeitpunkt der ladewinkel vorgezündet werden, dadurch ge- Stromrichterventile entladen werden, wodurch das kennzeichnet, daß der Umladewinkel (ό) in Anodeapotential des zu zündenden Ventils über das Abhängigkeit von dem Laststrom (i_L) derart ver- xs Anodenpotential des abzulösenden Ventils gehoben ändert wird, daß die Ladespannung (u_e) des Korn- wird.

mutierungskondensators einen wählbar konstan- Bei bekannten zwangskommutierten Stromrichtern

ten Scheitelwert besitzt. weist jedes Ventil eine gesonderte Kommutierungs-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- einrichtung auf. wodurch ein verhältnismäßig hoher kennzeichnet, daß der Istwert der Ladespannung ao Aufwand an Kondensatoren, Drosseln und elektroni- (u_c) mit einem einstellbaren Sollwert (U₁) ver- sehen Steuereinrichtungen erforderlich ist. Dieser glichen wird, derart, daß bei Koinzidenz zwischen Umstand beschränkte bisher die Anwendung von beiden Werten ein Signal zur Beaufschlagung des zwangskommutierten Stromrichtern auf Sonderfälle, zu kommutierenden Brückenventils mit einem Es wurde daher nacn Wegen gesucht, den zusätz-Hauptzündimpuls abgeleitet wird. 35 liehen Aufwand für die Zwangskommutierungsein-

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- richtung zu verringern.

kennzeichnet, daß den Brückenventilen je ein zu- Von der deutschen Patentschrift 663 388 ist eine

sätzlicher Hilfszündimpuls zugeführt wird, der Stromrichteranordnung bekannt, bei der zwischen

gegenüber dem zugehörigen Hauptzündimpuls den Gleichspannungsklemmen einer dreiphasigen

einen nacheilenden, konstanten Umladewinkel 30 Stromrichterbrücke in Mittelpunktschaltung zwei in

(<\wx) besitzt und bei Ausbleiben des Hauptzünd- Serie geschaltete Hilfsventile angeordnet sind. Der

impulses das zugehörige Brückenventil durch- Verbindungspunkt zwischen den beiden Hilfsven-

steuert. tilen ist über einen Kommutierungskondensator und

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- eine Begrenzungsdrossel mit dem Sternpunkt der kennzeichnet, daß der Wert des konstanten Um- 35 speisenden Sekundärwicklung eines dreiphasigen ladewinkels (A_mal) unter 60° el. gehalten wird. Netztransformators verbunden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Die bekannte Stromrichteranordnung ist in F i g. 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung zum besseren Verständnis der nachstehenden Erläuder den jeweiligen Brückenhälften zugeordneten terung dargestellt, wobei die gleichen Bezugszeichen Hilfsventile in konstanten Phasenabständen zu 40 wie bei der genannten Patentschrift verwendet den Nulldurchgängen der Phasenspannungen des sind.

Transformators erfolgt. Es sei angenommen, daß bei einer beliebigen Piia-

6. Anordnung zur Durchführung des Verfah- seniage der dreiphasigen Netzspannung die Brückenrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ventile 18 und 22 stromführend sind und daß in Phagekennzeichnet, daß für je eine Brückenhälfte 45 senabständen von 60° el. das Brückenventil 22 auf eine Vergleichseinrichtung (29, 30) vorgesehen das Brückenventil 20, anschließend das Brückenvenist, deren zweiter Eingang (ft) von einem einstell- til 18 auf das Brückenventil 19 und so weiter kombaren Referenzwertgeber (31/33, 32/34) beauf- mutiert. Jeder Kommutierungsvorgang des Brückenschlagt ist, deren erster Eingang (a) mit den Stroms, beispielsweise von dem Brückenventil 22 auf Klemmen des Kommutierungskondensators- (24) 50 das Brückenventil 20, wird eingeleitet, indem zu- und deren Ausgang mit einem Gittersteuersatz nächst das Hilfsventil 26 gezündet wird. Wird die (27, 28) zur Beaufschlagung der betreffenden Spannung u₍ des Kommutierungskondensators 24 so , Brückenhälfte mit Hauptzündimpulsen verbunden gewählt, daß im Zündzeitpunkt das um die Spanist, nung u_c (durchgehend gezeichneter Pfeil) erhöhte

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch ge- 55 Anodenpotential des Hilfsventils 26 größer ist als das kennzeichnet, daß für die Hilfsventile (25, 26) je Anodenpotential des Brückenventils 22, so kommuein sechspulsiger Gittersteuersatz (35, 36) vorge- tiert der Laststrom i, von dem Brückenventil 22 auf sehen ist, dessen drei erste Ausgänge parallel mit das Hilfsventil 26. Gleichzeitig mit der Zündung des der Steuerelektrode des zugehörigen Hilfsventils Hilfsventils 26 entlädt sich der Kommutierungskonverbunden sind und dessen drei zweite Ausgänge 60 densator 24 über das Hilfsventil 26, das Brückenje mit einem Steuereingang des Gittersteuersatzes ventil 22, die Sekundärwicklung 16 und die Begren-(27 28) der zugehörigen Brückenhälfte zur Be- zungsdrossel 23, wobei der Entladestrom das Brükaufschlagung desselben mit Hilfszündimpulsen kenventil 22 in Gegenrichtung, d. h. von der Kathode verbunden sind. zur Anode durchfließt und damit das Brückenventil