DE2139169A1

DE2139169A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT OF AN EXTERNAL CONVERTER

Info

Publication number: DE2139169A1
Application number: DE19712139169
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Bezold; Lothar Hoefer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-07-31
Filing date: 1971-07-31
Publication date: 1973-02-08

Description

Schaltungsanordnung eines fremdgeführten Stromrichters Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung eines fremdgeführten Stromrichters in Brückenschaltung.Circuit arrangement of an externally commutated converter The invention relates to a circuit arrangement of an externally commutated converter in a bridge circuit.

Es ist bekannt, einphasige, fremdgeführte Stromrichter im Wechselrichterbetrieb mit Freilauf bei nichtlückendem Strom zu betreiben. Der Vorteil eines solchen Freilaufbetriebes liegt darin, daß dem angeschlossenen Netz die geringst mögliche Blindleistung entnommen wird. Die Funktion eines suchen fremdgeführten Stromrichters im Wechselrichterbetrieb, im Folgenden nur noch Wechselrichter genannt, soll an Iland des in Fig. 1 dargestellten fremdgeführten Stromrichters in Brückenschaltung dargestellt werden. Der fremdgeführte WechseLrichter besteht aus den 4 Haupttyrisboren 1 bis 4, die im allgemeinen jeweils eine Gruppe mehrerer Thyristoren sind. Je zwei Hauptthyristoren 1 und 2, bzw. 3 und 4 erhalten gleichzeitig Steuerimpulse zur Einleitung des Stromflusses über die Wicklung des Transformators 5. Diese gleichzeitigen Steuerimpulse werden symmetrische Impulse genannt. Danach abgegebene Freilaufimpulse beenden den Stromfluß durch die Transformatorwicklung 5 und leiten einen Freilaufkreis ein, der die Spannung des Gleichstromgenerators 7 direkt an die Gleichstromdrossel 6 legt.It is known to use single-phase, externally commutated converters in inverter operation to operate with free-wheeling with non-discontinuous current. The advantage of such a free-wheeling operation lies in the fact that the lowest possible reactive power is drawn from the connected network will. The function of an externally guided converter in inverter operation, In the following, only called inverters, is intended to be the same as the one shown in FIG. 1 Externally-commutated converter can be represented in a bridge circuit. The outsider Inverter consists of the 4 main tyrisbors 1 to 4, which are generally each are a group of several thyristors. Two main thyristors 1 and 2 or 3 each and 4 receive control pulses at the same time to initiate the current flow across the winding of the transformer 5. These simultaneous control pulses are called symmetrical impulses. Free-wheeling pulses emitted thereafter terminate the flow of current through the transformer winding 5 and initiate a freewheeling circuit, which the voltage of the direct current generator 7 applies directly to the direct current choke 6.

Bei einer - durch die an der Transformatorwicklung 5 und am Gleichstromgenerator 7 angegebenen Polarität - vorhandenen Stromrichtung in Fig. 1 über die Hauptthyristoren 1 und 2 und die Transformatorwicklung 5 bewirkt die Impuls gabe auf den Hauptthyristor 4 die Einleitung des Freilaufstromes über die Hauptthyristoren 2und 4. Der Sinn des Freilaufbetriebes ist es, die Wechselrichterspannung zu verändern und dabei aber die symmetrischen Impulse in der Wechselrichterendlage zu belassen. Durch diese Maßnahme wird bei nichtlückendem Strom geringst mögliche Blindleistung vom Wechselstromnetz bezogen.With one - through the one on the transformer winding 5 and on the DC generator 7 indicated polarity - existing current direction in Fig. 1 through the main thyristors 1 and 2 and the transformer winding 5 causes the pulse to be given to the main thyristor 4 the introduction of the freewheeling current via the main thyristors 2 and 4. The sense the freewheeling operation is to change the inverter voltage and thereby but to leave the symmetrical impulses in the inverter end position. Through this In the event of non-discontinuous current, the measure will be the lowest possible reactive power from the AC grid based.

Beim Betrieb des Wechselrichters mit lückendem Strom liegen jedoch völlig andere Verhältnisse vor. Da der Freilaufimpuls gleichzeitig nur auf einen Hauptthyristor gegeben wird, kommt der Freilauf bei lückendem Strom nicht zustande und die Wechselrichterspannung ist höher als bei sonst gleichen Bedingungen aber nichtlückendem Strom, Bei einem Ubergang vom liickenden in den nichtlückenden Bet Betrieb durch Stromerhöhung erg ib sich eine plötzliche Absenkung der Wechselrichterspannung, die einen unkontrollierten Stromanstieg zur Folge zur hat. der Stromkann hohe Werte erreichen, die zum Kippen des Wechselrichters oder zur Überstromabschaltung führen, bevor der Stromregler des Wechselrichters eingreifen kann. Wenn ein schneller Stromregler vorhanden ist, ist es auch denkbar, daß durch Instabilität an diesem tbergangspunkt Reglerschwingungen verursacht werden. Zur Einleitung des Freilauf stromes ist bei lückendem Strom die gleichzeitige Zuführung des Freilaufimpulses auf beide an der Freilaufstromführung beteiligten Hauptthyristoren notwendig. Der Impuls, der auf denjenigen Hauptthyristor gegeben wird, der bei nichtlückendem Strom leitend wäre, wird im Folgenden zusätzlicher Freilaufimpuls" genannt.However, when the inverter is operated with intermittent current completely different conditions. Since the freewheeling impulse only applies to one Main thyristor is given, the freewheel does not come about when the current is interrupted and the inverter voltage is higher than under otherwise identical conditions, however non-discontinuing stream, with a transition from the gaping to the non-gaping bet Operation by increasing the current results in a sudden drop in the inverter voltage, which results in an uncontrolled increase in current. the current can be high reaching that for tilting the inverter or for overcurrent shutdown before the current controller of the inverter can intervene. If a faster Current regulator is present, it is also conceivable that due to instability in this transition point are caused by controller oscillations. To initiate the freewheel current is the simultaneous supply of the freewheeling pulse when the current is interrupted on both main thyristors involved in the freewheeling current. Of the Pulse that is given to the main thyristor that is triggered when the current is non-discontinuous would be conductive, additional free-wheeling pulse will be referred to in the following.

Ein Freilaufbetrieb des Wechselrichters bei lückendem Strom ist jedoch auch mit zusätzlichen Freilaufimpulsen nicht ohne weiteres möglich, was anhand der Fig. 1 näher erläutert werden soll. Zu einem bestimmten Zeitpunkt, an dem die zusätzln hen Freilaufimpulse einsetzen sollen, liegt beispielsweise am Uhyristor 4 eine positive und am Thyristor 2 eine negative Sperrspannung an. Beide Thyristoren 2 und 4 sollen den Freilaufstrom führen. Wird aber auf einen Thyristor bei negativer Sperrspannung, beispielsweise also auf den Thyristor 2, ein Steuerimpuls, der zusätzliche Freilaufimpuls, gegeben-, so erhöht sich sein Sperrstrom. Bei- einer Reihenschaltung von Thyristoren entsteht durch unterschiedliche Sperrströme eine ungleiche Spannungs aufteilung zwischen den Thyristoren. Dies kann zu Schädigungen durch tiberspannung führen. Die Sperrverluste können zur Zerstörung des Thyristors in der Nähe des Gitteranschlusses führen. Deshalb ist bei Steuerimpulsen von mehr als 3 A kurzzeitiger höhe keine negative Sperrspannung zulässig.However, the inverter is free-running when the current is interrupted not easily possible even with additional free-wheeling pulses, which is based on the Fig. 1 is to be explained in more detail. At a certain point in time at which the additional hen free-wheeling pulses are to be used, there is, for example, a positive on the uhyristor 4 and a negative reverse voltage at the thyristor 2. Both thyristors 2 and 4 should lead the freewheeling current. But if a thyristor is used with negative reverse voltage, for example on thyristor 2, a control pulse, the additional free-wheeling pulse, given, its reverse current increases. When thyristors are connected in series Different reverse currents result in an unequal voltage distribution between the thyristors. This can lead to damage from overvoltage. The blocking losses can destroy the thyristor in the vicinity of the grid connection to lead. Therefore, with control pulses of more than 3 A, there is no short-term height negative reverse voltage permissible.

Je nach Auslegung des Wechselrichters kann es daher erforderlich werden, eine Einrichtung vorzusehen, die das gleichzeitige Auftreten von zusätzlichem Freilaufimpuls und negativer Sperrspannung am Thyristor verhindert. Dazu sind beispielsweise Impulsverriegelungen geeignet, die eine Impulsgabe nur bei positiver Thyristorspannung zulassen. Eine derartige Impulsverriegelung hat jedoch die Nachteile, daß zur Impulserzeugung ein getrennter Impulsgenerator erforderlich wäre, und daß Fehler der störungsanfälligen Verriegelungsschaltungen zur Zerstörung der Thyristoren führen würden. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine einfache und störungsfreie Schaltungsanordnung anzugeben, bei der auf einen-durch lückenden Strom nichtleitend gewordenen Thyristor auch bei negativer Sperrspannung ein zusätzlicher Freilaufimpuls gegeben werden kann, um somit einen Wechselrichterbetrieb mit Freilauf bei lückendem Strom zu ermöglichen, Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß antiparallel zu den Hauptthyristoren die zusätzliche Freilaufimpulse bei lückendem Strom erhalten, eine Reihenschaltung äe einer Diode und äe eines Entladethyristors vorgesehen ist, und daß der zusätzliche Freilaufimpuls auch den Entladethyristor ansteuert.Depending on the design of the inverter, it may therefore be necessary to to provide a device that prevents the simultaneous occurrence of additional free-wheeling impulses and negative reverse voltage on the thyristor. These include, for example, pulse locks suitable that only allow impulses with a positive thyristor voltage. One However, such pulse locking has the disadvantages that a pulse generation separate pulse generator would be required, and that error prone to failure Interlocking circuits would destroy the thyristors. Task of The invention is therefore to specify a simple and interference-free circuit arrangement, in the case of the thyristor which has become non-conductive due to a discontinuous current negative reverse voltage an additional free-wheeling pulse can be given to thus enabling inverter operation with free-wheeling when the current is interrupted, According to the invention, this object is achieved in that antiparallel to the main thyristors which receive additional free-wheeling pulses when the current is interrupted, a series connection A diode and a discharge thyristor are provided, and that the additional The freewheeling pulse also controls the discharge thyristor.

Anhand eines in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiels soll der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke näher erläutert werden.Using an exemplary embodiment shown in FIGS. 2 and 3 the idea on which the invention is based is to be explained in more detail.

In Fig. 2 ist die Schaltung eines Wechselrichters in Brückenschaltung für den Anschluß an ein Wechselstromnetz dargestellt.In Fig. 2, the circuit of an inverter is in a bridge circuit shown for connection to an alternating current network.

Fig. 3 zeigt eine Entladeeinrichtung bei zwei parallelgeschalteten Thyristoren.Fig. 3 shows a discharge device with two connected in parallel Thyristors.

Der in Fig. 2 dargestellte Wechselrichter besteht aus vier Hauptthyristoren 1 bis 4 in Brückenschaltung mit den beiden Hauptthyristorzweigen I und II und ist über den Transformator 5 an ein Wechselstromnetz angeschlossen. Gleichstromseitig sindein Gleichstromgenerator 7 und eine Gleichstromdrossel 6 vorgesehen. Parallel zu den Hauptthyristoren 1 bis 4 sind Bedämpfungsglieder 12 bis 15 geschaltet, die aus der Reihenschaltung äe eines Bedämpfungswiderstandes und eines Bedämpfungskondensatorsbestehen. Parallel zu denjenigen Hauptthyristoren, die zur Einleitung des Freilaufbetriebes bei lükkendem Strom einen zusätzlichen Freilaufimpuls erhalten sollen, liegt die erfindungsgemäße Entladeeinrichtung, die aus der Reihenschaltung äe eines Entladethyristors 9 bzw. 11 und äe einer Diode 8 bzw. 10 besteht. Entladethyristor 9 bzw. 11 und Diode 8 bzw. 10 sind in entgegengesetzter Durchlaßrichtung zu den Hauptthyristoren geschaltet. Bei einem Betrieb des Wechselrichters mit Freilauf bei nichtlückendem Strom erhalten diejenigen Hauptthyristoren einen Freilaufimpuls, die den Freilaufstrom bei nichtlückendem Strom führen sollen. Beim Wechselrichterbetrieb mit lückendem Strom ist die negative Sperrspannung des jeweiligen zur Einleitung des Freilaufs angesteuerten Hauptthyristors 2 oder 3 durch das Verhältnis der Spannungsaufteilung zwischen Bedämpfungsgliedern 12 bis 15 bedie und nur kurzzeitig vorhanden (ca. 50 bis 200/los). Durch die erfindungsgemäße Entladeeinrichtung parallel zu den Hauptthyristoren 2 und 3 ist es nun möglich, die Umladung zwischen den Bedämpfungsgliedern 12 bis 15 der Hauptthyristoren 1 bis 4 so zu steuern, daß die negative Sperrspannung an demäenigen Hauptthyristor, der den zusätzlichen Freilaufimpuls erhält, in kürzester Zeit nach Abgabe des zusätzlichen Freilaufimpulses abgebaut wird. Zu diesem Zweck wird gleichzeitig mit Abgabe des zusätzlichen Freilaufimpulses auf den Hauptthyristor 2 oder 3, der den Freilauf strom führen soll, auch dessen antiparallel geschalteter Entladethyristor 9 oder 11 angesteuert.The inverter shown in Fig. 2 consists of four main thyristors 1 to 4 in bridge circuit with the two main thyristor branches I and II and is Connected via the transformer 5 to an alternating current network. DC side a DC generator 7 and a DC reactor 6 are provided. Parallel to the main thyristors 1 to 4 attenuators 12 to 15 are connected, the consist of the series connection of a damping resistor and a damping capacitor. Parallel to those main thyristors that are used to initiate the free-wheeling operation should receive an additional free-wheeling pulse when the current is leaking, the Discharge device according to the invention, which consists of the series connection of a discharge thyristor 9 or 11 and äe a diode 8 and 10 respectively. Discharge thyristor 9 or 11 and diode 8 and 10 are connected in the opposite direction to the main thyristors. Preserved when the inverter is operated with free-wheeling with non-discontinuous current those main thyristors have a free-wheeling pulse, which the free-wheeling current in the case of non-discontinuous Should carry electricity. In the case of inverter operation with intermittent current, this is negative Blocking voltage of the respective main thyristor activated to initiate freewheeling 2 or 3 by the ratio of the voltage distribution between attenuators 12 to 15 operated and only available for a short time (approx. 50 to 200 / lot). By the invention Discharge device parallel to the main thyristors 2 and 3 is it is now possible to change the charge between the damping elements 12 to 15 of the main thyristors 1 to 4 to be controlled so that the negative reverse voltage on the main thyristor, who receives the additional free-wheeling impulse, in the shortest possible time after the additional one has been delivered Freewheeling pulse is reduced. For this purpose, at the same time as the additional freewheeling pulse to the main thyristor 2 or 3, which frees up current should lead, also its anti-parallel connected discharge thyristor 9 or 11 controlled.

Die in dem Schaltungsbeispiel der Fig. 2 dargestellte Beschaltung eines Hauptthyristors äe eines Hauptthyristorzweiges I und II bedingt, daß der Freilaufstrom abwechselnd in den Hauptthyristorzweigen 1 und II fließt und somit zu einer gleichmäßigen thermischen Belastung der Hauptthyristoren 1 bis 4 führt. Es ist selbstverständlich auch möglich, den Freilaufstrom in nur einem der beiden Hauptthyristorzweige I und II, z. B. im Hauptthyristorzweig II zu führen. Dazu muß dann parallel zum Hauptthyristor 4 die erfindungsgemäße Entlade einrichtung geschaltet werden.The circuit shown in the circuit example in FIG of a main thyristor ae of a main thyristor branch I and II requires that the freewheeling current flows alternately in the main thyristor branches 1 and II and thus at a uniform rate thermal load of the main thyristors 1 to 4 leads. It goes without saying also possible, the freewheeling current in only one of the two main thyristor branches I and II, e.g. B. to lead in the main thyristor branch II. This must then be parallel to the main thyristor 4 the discharge device according to the invention can be switched.

Der Betrieb eines selbstgeführten Wechselrichters mit Freilauf bei lückendem Strom zur Speisung beispielsweise eines Drehstromnetzes ist in gleicher Weise wie am beschriebenen Beispiel zur Speisung eines Wechselstromnetzes möglich. Es ist lediglich darauf zu achten, daß denjenigen Thyristoren eine Entladeeinrichtung parallel zu schalten ist, an denen bei Abgabe des zusätzlichen Freilaufimpulses eine negative Sperrspannung anliegt.The operation of a self-commutated inverter with free-wheeling at Intermittent current for supplying a three-phase network, for example, is the same In the same way as the example described for supplying an alternating current network. It is only necessary to ensure that those thyristors have a discharge device is to be connected in parallel to which when the additional free-wheeling pulse is emitted a negative reverse voltage is applied.

Die Hauptthyristoren des Wechselrichters bestehen im allgemeinen aus mehreren in Reihe- und parallelgeschalteten Thyristoren, um höhere Ströme'und Sperrspannungen zu ermöglichen.The main thyristors of the inverter generally consist of several thyristors connected in series and in parallel to generate higher currents and blocking voltages to enable.

Bei einer Anordnung mehrerer parallelgeschalteter Thyristoren ist es möglich, Entladethyristoren dadurch einzusparen, daß man eine Schaltungsanordnung nach Fig. 3 wählt.In an arrangement of several thyristors connected in parallel, it is possible to save discharge thyristors in that one has a circuit arrangement according to Fig. 3 selects.

In Fig. 3 sind zwei- parallelgeschaltete Thyristoren 16 und 17 dargestellt, die durch zwei vorgeschaltete Drosseln 18 und 19 voneinander getrennt sind und denen je eine Bedämpfungseinrichtung 23 und 24 parallelgeschaltet ist0 Antiparallel zu den Thyristoren 16 bzw. 17 ist jeweils eine Diode 20 bzw. 21 geschaltet. In Reihe zu den Dioden 20 und 21 und in gleicher Durchlatrichtung gepolt befindet sich ein gemeinsamer Entladethyristor 22, der gleichzeitig mit der Abgabe des zusätzlichen Freilaufimpulses auf die Thyristoren 16 und 17 einen Impuls erhält und somit den Abbau der negativen Sperrspannung an den Thyristoren 16 und 17 einleitet.In Fig. 3 two parallel-connected thyristors 16 and 17 are shown, which are separated from one another by two upstream throttles 18 and 19 and which one damping device 23 and 24 is connected in parallel in each case 0 anti-parallel to the thyristors 16 and 17 each have a diode 20 and 21 connected. In row to the diodes 20 and 21 and polarized in the same Durchlatrichtung is a common discharge thyristor 22, which simultaneously with the delivery of the additional Free-wheeling pulse on the thyristors 16 and 17 receives a pulse and thus the Reduction of the negative reverse voltage at the thyristors 16 and 17 initiates.

7 Seiten Beschreibung 2 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnungen mit 3 Figuren7 pages description 2 claims 1 sheet of drawings with 3 characters

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e oil Circuit arrangement of someone else Converter with main thyristors in a bridge circuit, characterized in that that anti-parallel to the main thyristors (2, 3), the additional free-wheeling pulses with interrupted current, a series connection each with a diode (8 or 10) and one discharge thyristor (9 or 11) is provided, and that the additional free-wheeling pulse also controls the discharge thyristor (9 or 11).

2. Circuit arrangement according to claim 1 for one of several connected in parallel Thyristors existing main thyristor, characterized in that each of the parallel-connected Thyristors (16, 17) each one diode (20, 21) anti-parallel, all diodes (20, 21) but a common discharge thyristor (22) polarized in the same forward direction is connected in series.