DE2165959C3 - Steuereinrichtung für einen selbstgeführten Gleichrichter mit Zwangskommutierung - Google Patents
Steuereinrichtung für einen selbstgeführten Gleichrichter mit ZwangskommutierungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für einen selbstgeführten Gleichrichter in unsymmetrisch
halbgesteuerter Brückenschaltung mit Zwangskommutierung, dessen Steuer- und löschbare Strom-
richterventile bei einem beliebig einstellbaren Zündwinkel gezündet und vor dem Nulldurch.gang der
Speisewechselspannung gelöscht werden. Eine derartige Steuereinrichtung für einen Gleichrichter ist aus der
DE-OS 14 88 842 bekannt. 4S
Die gleichgerichtete Ausgangsspannung selbstgeführter Gleichrichter ist durch die Dauer und Lage der
Stromführung der steuerbaren Stromrichterventile bestimmt und veränderbar.
Die Stromflußdauer und Lage und damit die Höhe der gleichgerichteten Spannung wird im allgeme nen durch
verzögertes Zünden der steuerbaren Stromrichterventile nach dem Anliegen positiver Spannung am
entsprechenden Ventil verändert. Dadurch tritt neben der Kommutierungsblindleistung in erheblichem Maße
auch Steuerblindleistung auf, die durch den Phasenumerschied zwischen der Spannung und dem nacheilenden
Ventil- bzw. Phasenstrom bedingt ist und durch einen niedrigen Leistungsfaktor A bzw, Verschiebungsfaktor cos φ einen erheblichen Blindleistungsbedarf des <«,
Gleichrichters bewirkt.
Zur Verringerung des induktiven Blindleistungsbedarfs
des Gleichrichters bzw. zur Erhöhung des Leistungsfaktors werden Gleichrichter mit löschbaren
Stromrichterventilen angewendet, wobei z. B. gemäß r,s
der DC-OS 14 88 842 durch Verlegen des /.und- und
Löschzeitpunktes der steuerbaren Stromrichterventile die Flanken der gleichgerichteten Spannung während
einer Halbperiode der am Gleichrichter anliegenden Wechselspannung verschoben und somit der arithmetische
Mittelwert der gleichgerichteten Spannung wahlweise vergrößert oder verkleinert wird. Infolge der
beim Löschen der steuerbaren Stromrichterventile auftretenden Ausschaltspannungen, die durch die
magnetische Energie in dem zu unterbrechenden Kreis bedingt sind, können bei derartigen Stromrichteranordnungen
zusätzliche Beanspruchungen der Schaltungselemente auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung anzugeben, mit der sichergestellt ist,
daß keine unzulässigen Spannungserhöhungen an den Bauelementen des Gleichrichters infolge der Löschung
auftreten.
Diese Aufgabe wird für eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung gelöst
durch eine Löscheinrichtung, die den Löschbefehl nicht vor einem dem zu erwartenden Maximum des zu
löschenden Stromes entsprechenden Zeitpunkt und in Abhängigkeit vom Unterschreiten eines vorgegebenen
Grenzwertes für den zu löschenden Strom abgibt.
Der Löschbefehl wird mithin erst dann bei abfallendem Strom gegeben, wenn schädliche Spannungsspitzen
mit Sicherheit vermieden werden, so daß die Bauelemente des Gleichrichters nicht durch Überspannungen
infolge des Löschvorgangs gefährdet sind. Auch muß der Kommutierungskondensator nicht entsprechend
dem Maximum ries zu löschenden Stromes dimensioniert werden.
Eine vorteilhafte Ausbildung der Steuereinrichtung nach der Erfindung für eine Löscheinrichtung, die aus
Löschkondensatoren, Lösch thyristoren und Ladedioden besteht, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Löschthyristoren
von je einem Impulsgeber angesteuert werden, die zur Ermittlung der frühestmöglichen Löschzeitpunkte
eingangsseitig sowohl mit je einem mit der Speisewechselspannung synchroniiisrten Dreieckgenerator
als auch mit einem ersten Gleichspannungsgeber verbunden sind, und daß die Impulsgeber über
Kippstufen sperrbar sind, deren Eingängen sowohl die Spannung eines zweiten Gleichspannungsgebers als
auch über einen Stromwandler und eine Istwertweiche die jeweiligen Halbwellen des Speisewechselstromes
zugeführt sind.
Dabei ist es durch die DE-AS 1261942 an sich bekannt, den Zündzeitpunkt von Thyristoren durch
Vergleich einer Dreieckspannung mit einer veränderbaren Gleichspannung festzulegen.
Anhand der F i g. 1 bis 3 soll die Erfindung für ein
Beispiel näher erläutert werden. Es zeigt
F i g. 1 den Verlauf einer Halbperiode der Speisewechselspannung des Gleichrichters,
Fig. 2 das Prinzipschaltbild einer Gleichrichteranordnung mit einer Steuereinrichtung und
F i g. 3 Strom- und Spannungsverläufe an Schaltungselementen der Gleichrichteranordnung nach F i g. 2.
In F i g. 1 ist eine Halbperiode einer angenommenen, sinusförmigen Speisewechselspannung U- sowie der
arithmetische Mittelwert Ud der gleichgerichteten
Spannung, der sich aus der schraffiert dargestellten Spannungszeitfläche ergibt, dargestellt. Diese Spannungszeitfläche
wird durch Zünden des jeweiligen steuerbaren Stromrichterventils bei ot°el und Löschen
bei ß"el erhalten. Es wird der Löschzeitpunkt bei /Tel
festgehalten und nur in Abhängigkeit vom Momentanwert des zu löschenden Stromes, der durch das
betreffende Stromrichterventil fließt, in geringen
Grenzen variiert, mit dem Ziel, die Spannungserhöhung
infolge des Löschens unterhalb des Scheitelwertes der Speisewechselspannung zu halten. Zur Vergrößerung
bzw. Verkleinerung der Spannungszeitfläche und damit des arithmetischen Mittelwertes Ud der gleichgerichte- -,
ten Spannung wird der Zündzeitpunkt zu kleineren bzw. größeren Werten für den Zündwinkel «°el verlegt Auf
diese Weise vvi.'d der Leistungsfaktor λ gegenüber dem
Betrieb eines Gleichrichters mit Kommutierung des jeweilig stromführenden steuerbaren Stromrichterven- ,0
tils nach dem Nulldurchgang der Speisewechselspannung in erheblichem Maße vergrößert und damit die
Netzbelastung verringert Diese an sich bekannte Maßnahme zur Verbesserung des Leistungsfaktors A
des Gleichrichters wird damit verbunden, daß das jeweilig stromführende steuerbare Stromrichterventil
zu einem Zeitpunkt gelöscht wird, bei dem die Gefahr des Auftretens von Überspannungen an den Bauelementen
des Stromrichters nicht besteht
Das Auftreten von Überspannungen an den Sckundärklemmen
des StromrichtertransformatLrfs ist dadurch bedingt, daß im Augenblick des Löschens des zu
diesem Zeitpunkt stromführenden steuerbaren Stromrichterventils der Wechselstrom im Stromrichtertransformator
unterbrochen wird. Die in den Induktivitäten des Wechselstromkreises gespeicherte magnetische
Energie beträgt:
E-[Lr
mit der resultierenden Induktivität L des Wechselstromkreises
(Transformatorwicklung, Zu- und Ableitungen) sowie dem Augenblickswert des Speisewechselstromes
i. Diese Energie muß von den zur Löschung der steuerbaren Stromrichterventile erforderlichen Löschkondensatoren
aufgenommen werden, so daß die Energiebilanz lautet:
E = j Li2 = ^ C {ic — ii,2)
40
wobei C die Kapazität und Ul die Spannung an den
Löschkondensatoren vor der Löschung und Q nach der Löschung ist.
Die in Fig.2 dargestellte Anordnung enthält einen
Gleichricnter mit steuerbaren Stroinrichterventilen 3,4
und nichtsteuerbaren Stromrichterventilen 1, 2 in Brückenschaltung und einen in der Brückendiagonalen
befindlichen Transformator 23, an dessen Primärwicklung die Speisewechselbpannung U- angeschlossen ist,
sowie je eine jedem steuerbaren Stromrichterventil 3,4 zugeordnete Löscheinrichtung, die aus der Reihenschaltung
je eines Löschthyristors 5 bzw. 6 und je eines Löschkondensators 7 bzw. 8 besteht. Zur Aufladung der
Löschkondensatoren 7, 8 sind Ladedioden 9, 10 vorgesehen. Die gleichstromseitige Last ist gegeben
durch die Reihenschaltung einer Glättungsinduktivität 11 mit einem Gleichstrommotor 12. Während die
steuerbaren Stromrichterventile 3, 4 ihre Zündimpulse von einem Steuergerät 24 erhalten, dienen Impulsgeber
17 und 18 zur Abgabe von Zündimpulsen an die <,■■
Löschthyristoren 5, 6, die mit ihrem Zünden die Entladung des ihnen in Reihe geschalteten Löschkondensators
7 bzw. 8 und damit die Löschung des ihnen zugeordneten steuerbaren Stromrichterventils 3 bzw. 4
bewirken. Die Erzeugung der Zündimpulse für die ,,<
Löschthyristoren 5, b jjschieht in der Weite, daß eine
netzsynchrone Dreieckspannung in an sich bekannter Weise mit einer Gleichspannung verglichen wird. Die
netzsynchrone Dreieckspannung wird in je einem, jedem der beiden Impulsgeber 17, 18 vorgeschalteten
Dreieckgenerator 14,15 erzeugt, wobei zur Synchronisierung
mit der Speisewechselspannung U- den Dreieckgeneratoren 14, 15 eine Synchronisierungseinrichtung
13, in deren Eingang die Speisewechselspannung U- eingegeben wird, vorgeschaltet ist Die
Gleichspannung wird in dieser Anordnung vor einem ersten Gleichspannungsgeber 16 als einstellbarer Wert
vorgegeben, wobei der erste Gleichspannungsgeber 16 auch durch einen Regelkreis ersetzt werden kann. Den
Impulsgebern 17,18 sind weiterhin zwei Kippstufen 20,
21 vorgeschaltet, die die Abgabe der Zündimpulse der Impulsgeber 17,18 an die Löschthyristoren 5,6 so lange
blockieren, bis der von einer den Kippstufen 20, 21 vorgeschalteten Istwertweiche 19 erfaßte Speisewechselstrom
einen Schwellwert unterschreitet Der Ausgang des zweiten Gleichspannungsgebers 22 ist dabei
ebenfalls direkt mit den Eing^tgen der beiden Kippstufen 20,21 verbunden.
Anhand der F i g. 3 soll nun die Wirkungsweise dieser Anordnung näher erläutert werden. In Fig. 3a ist ein
angenommener zeitlicher Verlauf der Speisewechselspannung t/-,in Fig. 3b der des Speisewechselstromes
/' in F i g. 3c der Verlauf der Dreieckspannung uj am
Ausgang des Dreieckgenerators 14 sowie in F i g. 3d der Verlauf der Spannung am Ausgang der Istwertweiche
19 dargestellt. Der Verlauf dieser Kurven legt zusammen mit dem von den beiden Gleichspannungsgebern
16 und 22 abgegebenen Gleichspannungswert Uu,
bzw. Un den Augenblick der Abgabe des Zündimpulses
an den betreffenden Löschthyristor 5 bzw. 6 fest Bei einem angenommenen, schwach induktiven Betrieb des
Gleichrichters findet der Nulldurchgang des Speise-Wechselstromes /bei einem Winkel «*i>180°el statt,
während der Nulldurchgang der Speisewechselspannung auf 180° el festgelegt wird. Die mit der
Speisewechselspannung U- synchronisierte Dreieckspannung Ui bestimmt zusammen mit der vom ersten
G!2ichspannungsgeber 16 abgegebenen Gleichspannung
f/i6 die vordere Lage «*3 des Zündwinkels für die
Löschthyristoren 5, 6. Diese vordere Lage λ* 3 des
Zündwinkels kann — wie dem Diagramm leicht zu entnehmen ist — durch Vergrößern bzw. Verringern der
Gleichspannung i/16 variiert werden. Wie der vorangegangenen
Beschreibung der F i g. 2 zu entnehmen ist, wird eine Impulsbildung durch Impulsgeber 17, 18 so
lange durch die Kippstufen 20, 21 blockiert, bis der in der Istwertweiche 19 erfaßte und von ihr in zwei
getrennte, dem Speisewechselstrom äquivalente Spannungen L/19 umgeformte Speisewechselstrom den durch
den zweiten Gleichsapnnungsgeber 22 als Gleichspannungswert i/22 vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.
Das ist bei einom elektrischen Winke! «*2 der Fall.
Da zu diesem Zeitpunkt auch die Bedingung erfüllt ist, daß die synchronisierte Dreieckspannung i/j den vom
ersten Gleichspannungsgeber 16 vorgegebenen Span nungspegel Um überschritten hat, wird vom betreffenden
Impulsgeber 17 bzw. 18 bei aVel ein Zündimpuls
an den zugeordneten Löschthyristor 5 bzw. 6 abgegeben (Fig.3e).
Damit wird zusammenfassend folgendes erreicht:
a) Die Variation des arithmetischen Mittelwertes erfolgt durch Verlegen des Zündwinkels at°el der
steuerbaren Stromrichterventile.
b) Der Leistungsfaktor A des Gleichrichterbetriebes wird durch Löschen der steuerbaren Stromrichter-
ventile vor dem Nulldurchgang der Speisewechselspannung bei einem Lösch winkel ß" el erhöht,
c) Die Löschung der steuerbaren Stromrichterventile erfolgt in Abhängigkeit vom Momentanwert des zu löschenden Ventilstromes, mit dem Ziel, daß die Spannungserhöhung unterhalb des Scheitelwertes der Speisewechselspannung liegt.
c) Die Löschung der steuerbaren Stromrichterventile erfolgt in Abhängigkeit vom Momentanwert des zu löschenden Ventilstromes, mit dem Ziel, daß die Spannungserhöhung unterhalb des Scheitelwertes der Speisewechselspannung liegt.
Hierzu 2 Hhilt Zeichnungen
Claims (2)
1. Steuereinrichtung für einen selbstgeführten Gleichrichter in unsymmetrisch halbgcsteuerter s
Brückenschaltung mit Zwangskommutierung, dessen Steuer- und löschbare Stromrichterventile bei
einem beliebig einstellbaren Zündwinkel gezündet und vor dem Nulldurchgang der Speisewechselspannung
gelöscht werden, gekennzeichnet durch eine Löscheinrichtung, die den Löschbefehl
nicht vor einem dem zu erwartenden Maximum des zu löschenden Stromes entsprechenden Zeitpunkt
und in Abhängigkeit vom Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes für den zu löschenden
Strom abgibt
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 für eine Löscheinrichtung, die aus Löschkondensatoren,
Löschthyristoren und Ladedioden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschthyristoren (5,6} von
je einem Impulsgeber (17, 18) angesteuert werden, die zur Ermittlung der frühestmöglichen Löschzeitpunkte
eingangsseitig sowohl mit je einem mit der Speisewechselspannung snychronisierten Dreieckgenerator
(14, 15) als au.h mit einem ersten Gleichspannungsgeber (16) verbunden sind, und daß
die Impulsgeber (17, 18) über Kippstufen (20, 21) sperrbar sind, deren Eingängen sowohl die Spannung
eines zweiten Gleichspannungsgebers (22) als auch über einen Stromwandler und eine Istwertweiehe
(19) die jeweiligen Halbwelten des Speisewechselstromes
zugeführt sind.
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