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Unsymmetrisch halbgesteuerte Einphasen-Stromrichterbrücke Die Erfindung
betrifft eine unsymmetrisch halbgesteuerte Einphasen-Stromrichterbrücke mit steuerbaren
und nicht steuerbaren stromrichterventilen und einem in der Brühe.
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diagonalen befIndlichen Transformator, bei der parallel zu jedem steuerbaren
Stromrichterventil jeweils eine aus der Reihenschaltung eines Löschkondensators
und eines Löschthyristors bestehende Löscheinrichtung geschaltet ist, wobei die
Löschkondensatoren an der mit dem Transformator verbundenen Seite der steuerbaren
Stromrichterventile angeschlossen sind, und bei der die Verbindungspunkte zwischen
Löschkondensator und Löschthyristor jewells über eine Ladediode mit dem Transformator
verbunden sind.
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Eine Einphasen-Stromrichterbrücke dieser Art ist aus der Zeitschrift
"Elektrische Bahnen" Heft 1, 1972, S 15 Bild 3 a bekannt.
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Solche erst in letzter Zeit entwickelten Stromrichterbrücken werden
insbesondere dann eingesetzt, wenn es darauf aiiko-t, einen möglichst guten Leistungsfaktor
zu erzielen U bei der Verwendung von Stromrichtern anfallende Blindleistung möglichst
gering zu halten. Eine Eigenart solcher Stromrichterbrücken ist es, daß beim Löschen
der steuerbaren Stromrichterventile mittels der ihnen zugeordneten Löscheinrichtungen
am Stromrichterbrückenausgang eine Spannungsspitze auftritt, weil die am Löschkondensator
anstehende Spannung nach dem Zünden des zugehörigen Löschthyristors zur Transformatorspannung
in Reihe geschaltet wird, so daß kurzzeitig die Summe beider Spannungen am Verbraucher
liegt.
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Diese Spannungsspitze wird im allgemeinen von einer dem Verbraucher
vorgeschalteten Induktzvität bzw. Drosselspule aufgenommen, so daß sie für den Verbraucher
unschädlich ist.
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Wenn der eigentliche Verbraucher jedoch selbst induktiv ist, wie z.B.
bei einer Feldspeisung oder im gewissen Umfang bei der Speisung eines Gleichstrom-Motors,
dann ist die Spannungsaufteilung im gewünschten Sinne schwer zu verwirklichen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einphasen-Stromrichterbrücke der
eingangs genannten Art in der Weise zu verbessern, daß die Löschspannungsspitze
und der Aufwand an Löschkondensatoren herabgesetzt wird, ohne daß dadurch die eigentliche
Funktionsweise der Stromrichterbrücke beeinträchtigt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ladedioden
(10, 11) an Anzapfungen des Transformators (5) angeschlossen sind.
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Über die Lösung der gestellten Aufgabe hinaus bietet die erfindungsgemäße
Stromrichterbrücke den besonderen Vorteil, daß die Löschthyristoren nicht nur zur
Löschung der steuerbaren Stromrichterventile verwendet werden, sondern auch die
Aus steuerung der Stromrichterbrücke auf eine 2durch die Transformatoranzapfung
bestimmte Teilgleichspannung ermöglichen, was eine besonders feinstufige Einstellung
der Gleichspannung beim Hochfahren der Stromrichterbrücke zur Folge hat.
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Durch die vorgeschlagene Stromrichterbrücke wird somit die bekannte
Folgesteuerung von zwei gleichstromseitig in Reihe geschalteten steuerbaren Stromrichterbrücken
ersetzt. Sie beinhaltet praktisch zwei Stromrichterbrücken.
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Ein Verfahren zum Betrieb der Einphasen-Strom-ichterbrücke ist daher
dadurch gekennzeichnet, daß die husgangsgleichspannung der Einphasen-Stromrichterbrücke
in der Weise von Null auf den vollen Wert gebracht wird, daß a) zunächst nur die
steuerbaren Stromrichterventile (3, 4) von einem Steuerwinkelα = 1800 el ausgehend,
im üblichen Anschnittsteuerverfahren auf etwa 5 % der Ausgangsgleichspannung ausgesteuert
werden, b) daß sodann die über die Ladedioden (10, 11) mit den Qnzapfungen des Transformators
(5) verbundenen Löschthyristoren (8, 9) mit einem bis auf α= 0° el abfallenden
Steuerwinkel im üblichen Anschnittsteuerverfahren ausgesteuert werden und c) daß
danach die steuerbaren Stromrichterventile (3, 4) frühestmöglich gezündet und durch
Zünden der Löschthyristoren (8,'9), deren Zündung ton t= 0o bis zu t= 1800 verlagert
wird, wieder gelöscht werden.
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Anhand der Zeichnung sei die Erfindung erläutert.
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Fig 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Figuren 2 bis 4 zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen der in Fig
1 dargestellten Stromrichterbrücke. , In Fig 5
ist das erfindungsgemäße
Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Stromrichterbrücke erläutert.
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Die in Fig 1 dargestellte Einphasen-Stromrichterbrücke enthält je
zwei gleichstrommäßig in Reihe geschaltete nichtsteuerbare Stromrichterventile 1,
2 (Dioden) und steuerbare Stromrichterventile 3, 4 (Thyristoren). In der Brückendiagonalen
der aus diesen Stromrichterventilen gebildeten Stromrichterbrücke ist ein Transformator
(Sekundärwicklung) 5 angeordnet, der die speisende Wechselspannung liefert.
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Jedem steuerbaren Stromrichterventil 3, 4 ist eine Löscheinrichtung
zugeordnet, die aus der Reihenschaltung be eines Löschkondensators 6, 7 und je eines
Löschthyristors 8, 9 besteht, wodurch der Stromfluß über die steuerbaren Stromrichterventile
zu frei wählbaren Zeitpunkten unterbrochen werden kann. Zur Aufladung der Löschkondensatoren
6, 7 sind Ladedioden 10, 11 vorgesehen, die an Anzapfungen des Transformators 5,
vorzugsweise etwa in Aer Mitte der Wicklung, angeschlossen sind.
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Die gleichstromseitige Last ist durch die Reihenschaltung einer Glättungsdrossel
17 und eines Gleichstrommotors 18 gegeben. Der Anschluß der Lade dioden an Anzapfungen
hat den Vorteil, daß die zum Löschen verwendeten Kondensatoren 6, 7 nicht auf die
volle Scheitelspannung der speisenden Wechselspannung aufgeladen werden, sondern
nur auf eine Teilspannbrng,
so daß die beim Zünden der Löschthyristoren
8, 9 auftretenden Spannungsspitzen in der Ausgangsgleichspannung geringer sind.
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Außerdem bringt dies darüber hinaus den Vorteil, daß die Löschthyristoren
8, 9 nicht nur zur Löschung dienen, sondern - in Verbindung mit den Ladedioden -
auch die Abgabe einer Teilgleichspannung ermöglichen.
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Die Funktionsweise dieser Anordnung ist folgende: Uber die Ladedioden
11, 12 werden die beiden Löschkondensatoren 6, 7 aufgeladen. Durch Zünden der Löschthyristoren
8 bzw. 9 zu einem wählbaren Zeitpunkt kann die Entladung des mit ihnen in Reihe
geschalteten Löschkondensators 6 bzw. 7 und dznit die Löschung des ihnen zugeordneten
steuerbaren Stromrichterventils 3 bzw. 4 bewirkt werden. Dabei wird der Löschkondensator
jeweils auf die entgegengesetzte Polarität umgeladen, weil der über den Stromrichtertransformator
5 fließende Strom vom steuerbaren Stromrichterventil auf den gezündeten Löschthyristor
kommutiert und dabei die insbesondere in der Induktivität des Transformators gespeicherte
Energie an die im Umladekreis wirksame Kapazität abgibt. Es sei beispielsweise angenonnen,
daß das steuerbare Stromrichterventil 3 Strom führe. Durch Z'b:rjden des Löschthyristors
8 wird dann der aufgeladene Löschkondensator 6 para'lel zum Stronirichterventil
3 geschaltet, wodurch dieses löscht. Der durch den Transformator
5
fließende Strom kommutiert vom Ventil 3 auf den Löschthyristor 8, so daß der Löschkondensator
6 ungeladen wird.
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In Fig 2 ist in Reihe zu den Lösch'Kondensatoren 6, 7 be ein Dämpfungswiderstand
12, 13 mit je einer parallelen Entladediode 14, 15 geschaltet. Dadurch wird erreicht,
daß zwar die Aufladung der Kondensatoren 6, 7 durch die Netzwechselspannung gedämpft
erfolgt, die Entladung zum Zwecke der Löschung der steuerbaren Stromrichterventile
dagegen ungedämpft abläuft. Dadurch ist die Schonzeit der steuerbaren Stromrichterventile
in der bisher bekannten Weise sichergestellt.
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In Fig 3 ist eine abgewadelte Anordnung zur Reduzierung der beim Löschen
auftretenden Spannungsspitze dargestellt.
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hier sind die Ladedioden 10, 11 über einen gemeinsamen Dämpfungswiderstand
12, dem ein Kondensator 16 in Reihe geschaltet ist, mit der Anzapfung des Transformators
5 verbunden. Der dem Dämpfungswiderstand 12 in Reihe geschaltete Kondensator 16
hat vorzugsweise eine größere Kapazität als die Löschkondensatoren 6, 7. Er bestimmt
zusammen mit den Löschkondensatoren die Schonzeit der steuerbaren Stromrichterventile.
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Zur weiteren Spannungsbegrenzung nach der Löschung kann bei den beschriebenen
Anordnungen noch ein bereits vorgeschlagener nur monopolar beanspruchter Zusatzkondensator,
der den Löschkondensatoren nur zeitweise wirksam parallel geschaltet ist, vorgesehen
werden.
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In Fig 4 ist ein derartiger Zusatzkondensator 23 den Löschkondensatoren
6, 7 über Koppeldioden 19, 20, 21, 22 parallel geschaltet. Durch die Polung der
Koppeldioden ist der Zusatzkondensator 23 nur während des Umschwingens der Löschkondensatoren
6, 7, also nur auf eine Polarität, aufladbar. Durch die am Löschkondensator 6 bzw.
7 anstehende Löschspannung ist die Blockdiode 19 bzw. 20 in Srerrrichtung beansprucht,
so daß der Zusatzkondensator von den Löschkondensatoren entkoppelt ist. Erst in
dem Augenblick, in dem sich die Polarität der Kondensatorspannung während des durch
Zündung des Löschthyristors 8 bzw. 9 ausgelösten Umkehrungsvorganges umkehrt, wird
die Blockdiode 19 bzw. 20 leitend, so daß der Zusatzkondensator 23 parallel zum
Löschkondensator 6 bzw. 7 geschaltet wird. Das hat u. a. zur Folge, daß der Löschkondensator
und der Zusatzkondensator - wegen der größeren wirksamen Kapazität auf eine niedrigere
Spannung aufgeladen werden, ohne daß sich die größere Kapazität während der übrigen
Betriebszeit negativ bemerkbar machen kann. Die Energie des Zusatzkondensators 23
wird im übrigen durch Zünden der steuerbaren Stromrichterventile 3, 4, vorzugsweise
am Ende der Spannungshalbwelle, direkt der Last
17, 18 zugeführt.
Eine Umladung des Zusatzkondensators findet nicht statt.
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In Fig 5 ist das eingangs erwahnte Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen
Stromrichterbrücken schematisch dargestellt. Die jeweils von der Stromrichterbrücke
abgegebene Gleichspannung ist durch schraffierte Flächen bei verschiedenen Aussteuerungszuständen
über einer Halbperiode der Wechselspannung dargestellt, wenn die Gleichspannung
von 0 aus bis zum Maximalwert verändert werden soll.
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Nach Fig 5a wird zunächst mit den steuerbaren Stromrichterventilen
3, 4 ein Gleichspannungswert eingestellt, der etwa 5 % der maximalen Spannung nicht
überschreitet. Dann erfolgt gem. Fig 5b die weitere Gleichspannungssteigerung durch
Zündung der Löschthyristoren 8, 9. Zu Beginn tritt eine typische Spannungsspitze
auf, die durch die Entladung des Löschkondensators bedingt ist. Anschließend ergibt
sich eine Spannungszeitfläche, die aufgrund der Anzapfung des Transformators bestimmt
ist. Würde man mit dieser Teilspannung anfahren, so könnte es am Anfang zu einem
stoßartigen Einsatz der Gleichspannung kommen, die nicht jeder Verbraucher zuläßt.
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Daher wird gemäß Fig 5a mit den steuerbaren Stromrichterventilen 3,
4 angefahren, was zu einem minimalen Blindleistungsstoß auf der Netzseite führt.
Ist gem. Fig 5c die volle Teilgleichspannung ausgefahren, werden gem. Fig 5d
die
steuerbaren Stromrichterventile 3, 4 am Anfang der Halbwelle gezündet und später
durch Zündung der Löschthyristoren 8, 9 gelöscht. Dadurch wird der Strom von den
steuerbaren Strdmrichterventilen 3, 4 unc der Hauptwicklung des Transformators 5
auf die Löschthyristoren 8, 9 und die Teilwicklung des Transformators 5 kommutiert.
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Die Löschthyristoren führen den Strom dann bis zum Ende der Halbperiode
weiter, so daß sich der in Fig 5d dargestellte Spannungsverlauf ergibt. Eine Steigerung
der Gleichspannung erfolgt durch zeitliche Rückverlegung des Löschzeitpunktes, wie
durch den Pfeil angedeutet ist. Außerdem werden beide steuerbaren Stromrichterventile
zusammen am Ende der Halbwelle zum Zwecke der Entladung des Kondensators 23 gezündet,
was zu der angedeuteten Spannungsspitze am Ende der Halbperiode führt.
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Aus den bisherigen Darlegungen geht hervor, da3 die eingesetzten Löschthyristoren
Mehrfachfunktionen erfüllen.
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Die beim Löschen auftretende Spgnnungsspitze kann auf etwa die Hälfte
der Werte vermindert werden, die in den bisher bekannten Schaltungen auftraten.
Außerdem kann bei der hier erfolgenden Löschung die Umschwingspnnnung am Löschkondensator
6, 7 allein schon dadurch begrenzt werden, daß die Haupt- und Teilwicklung des Transformators
5 magnetisch gut verkettet ist. Es ist daher nicht nötig, die beim Löschabschalten
umzusetzende magnetische Energie Li2 in den Kon-2
densatoren 6,
7 zwischenzuspeichern. Ein großer Teil dieser Energie wird dem Gleichstromverbraucher
17, 18 schon während der Löschung unmittelbar zugeführt. Damit kann der Kondensatoraufwand
vermindert werden. Die strommäBige Auslegung der Löschthyristoren 8, 9 ist dabei
problemlos.
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11 Seiten Beschreibung 8 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnungen mit 5
Figuren