DE2333570B2 - Schaltungsanordnung zur speisung eines gleichstromverbrauchers aus einer wechselstromquelle ueber einen ungesteuerten gleichrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Speisung eines Gleichstromverbrauchers aus einer Wechselstromquelle über einen ungesteuerten Gleichrichter mit einem zwischen dem Ausgang des Gleichrichters und dem Gleichstromvorbraucher angeordneten Gleichstromsteller, dessen Steuersatz mit der Wechselstromquelle synchronisiert ist und den Leistungsfaktor auf einem vorgegebenen Wert, insbesondere ungefähr 1, hält, sowie mit einem dem Gleichstromsteller zugeordneten Kondensator und mit wenigstens einer den Gleichstromverbraucher überbrückenden Freilaufdiode.

Hei einer derartigen StromrichterschalUing mit Zwangskommutierung kann durch netzsynchrones Pulsen die Kommutierungsblindleistung kompensiert werden. Der Stromrichter kann damit blindstromfrei betrieben werden. Im Gegensatz zu Siromrichterschaltungen ohne Zwangskommutierung entsteht dabei keine Blindleistung, die wegen der Zusatzverluste, den zusätzlichen Investitionen bei Geräten und Anlagen und wegen der zusätzlichen Spannungsabsenkung und Spannlingsverzerrung unerwünscht ist

Hei der eingangs beschriebenen, aus der Zeitschrift IM.KKTRIF: 25 (1971), S. 282 - 284. Bild 2, bekannten Schaltungsanordnung ist ein Kondensator zwischen die Ausgangsklemmen des ungesteuerten Gleichrichters geschaltet. Hierbei ist nachteilig, daß der Kondensator mit der Induktivität am Eingang der Schaltungsanordnung, insbesondere mit der Induktivität der Wechselstromquelle, über den ungesteuerten Gleichrichter einen Schwingkreis bildet, in dem bei einer Pulssteuerung des Gleichstromstellers hohe Ströme fließen können. Diese Ströme, die bei einem Kondensator mit fest vorgegebener Kapazität nicht beeinflußbar sind, wirken auf die Wechselstromquelle zurück. Die Ströme enthalten Obersehwingungen, deren Frequenz im allgemeinen über derjenigen der speisenden Wechselstromquelle liegt, wenn der Kondensator nicht unvertretbar groß dimensioniert werden soll. Diese Obersehwingungen belasten die Wechselstromquelle zusätzlich und stören weitere, an die gleiche Wechselstrom· quelle angeschlossene Verbraucher. Diese Oberschwingiingsströme treten insbesondere bei einer einphasigen Wechselstromquelle und einem angeschlossenen einphasigen Gleichrichter unerwünscht stark in Erscheinung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schallungsunordnung der eingangs genannten Art diese Obcrschwingungsströmc weitgehend zu unterdrücken, insbesondere bei Verwendung einer einphasigen Wechselsiromquelle und einer einphasigen Gleichrichterbrücke.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gleichstromverbraucher mit zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten Freilaufdioden überbrückt ist und daß der dem Gleichstromsteller zugeordnete Kondensator zwischen der Eingangsklemme des Gleichstromstellers und dem Verbindungspunkt der beiden Freilaufdioden liegt.

Im Gegensatz zur eingangs genannten bekannten Schaltungsanordnung, bei der ein Kondensator die öleichspannungsquellc überbrückt, liegt bei der erfindungsger.iäßen Schaltungsanordnung die Reihenschaltung einer Freilatifdiode mit einem Kondensator über der Glcichspannungsquelle. Hierdurch wird der Oberschwingungsgehalt entscheidend vermindert.

Gemäß cin.;r weiteren Ausfiihrungsform der Erfindung ist den beiden in Reihe geschalteten Freilaufdioden eine dritte Freilaufdiode parallel geschaltet. Die beiden in Reihe geschalteten Freilaufdioden werden wesentlich niedriger belastet und können entsprechend kleiner dimensioniert werden als die ihnen in Reihe geschalteten und für den vollen Laststrom bemessene dritte Freilaufdiode. Man wird im jeweiligen Anwendungsfall hinsichtlich des Preises und des Platzbedarfs entscheiden können, ob es vorteilhafter ist, lediglich zwei in Reihe geschaltete, hoch belastbare Freilaufdioden für den vollen Lasistrom vorzusehen, oder ob nur

■to eine hoch belastbare Frcilaufdiode für den vollen Laststrom und zwei weitere, wesentlich niedriger belastbare Frcilaufdioden günstiger sind. In beiden Fällen werden die Obcrschwingungsströme weilgehend unteidrückt und damit ihre nachteiligen Rückwirkungen auf die Wechselstromquelle vermieden. Dies ist insbesondere dann sehr vorteilhaft, wenn der ungesteuerte Gleichrichter als einphasige Gleichrichterbrükke ausgebildet ist.

Eine erfindungsgemäßc Schaltungsanordnung kann besonders vorteilhaft zur Stromversorgung eines über einen Wechselrichter gespeisten Elektromotors verwendet werden, der bei dieser Anwendung den Gleichst rom verbraucher bildet.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

In der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 besteht eine Wechselstromquelle I aus einem Generator 2 mit einem ohmschen Widerstand 3 und einem induktiven Widcrstand 4. In der Praxis kann eine derartige Wechselstromquelle durch die Sekundärsehe eines an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Stromrichtertransformators ausgebildet sein, wobei der ohmsehe Widerstand 3 den Leitungswiderstand und der induktive

h5 Widerstand 4 die I.eitungsinduktivität darstellen. Die an den Ausgängen der Wechselstromquelle 1 auftretende Wechselspannung ist einem ungesteuerten einphasigen Gleichrichter 7 zugeführt, der Dioden D 1, D 2, I)3, D 4

in einer üblichen Brückenschaltung enthält. Dem Gleichrichter 7 ist ein an den Klemmen 8 und 9 angeschlossener Gleichstromsteller Il nachgeschaltet, der mit dem Symbol eines zünd- und löschbiren Ventils dargestellt ist und dem ein Steuersatz. 18 zugeordnet ist. Bei dem Gleichstromsteller 11 kann es sich um eine der bekannten handelsüblichen Ausführungen handeln, wie sie beispielsweise im »Silizium-Stromrichter-Handbuch« der Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie, Baden (Schweiz), 1971, S. 182 - 196, beschrieben sind. An den Gleichstromsteller ist zwischen den Klemmen 13 und 14 ein Gleichstromverbraucher 15 angeschlossen, der einen ohmschen Widerstand 16 und eine Induktivität 17 enthält.

Der nicht näher veranschaulichte Steuersatz 18 dient zur Bestimmung des Zündzeitpunktes und des Löschzeitpunktes für den Gleichstromsteller M. Um sicherzustellen, daß Zündzeitpunkt und Löschzeitpunkt immer während einer Halbperiode der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle liegen, wird der Steuersatz 18 in nicht dargestellter Weise auf die Nulldurchgänge der Wechselspannung synchronisiert. Bei einer Optimierung des Leistungsfaktors in bezug auf den Generator 2 in der Wechselspannungsquelle 1 wäre es erforderlich, den Steuersatz 18 unmittelbar auf die Nulldurchgänge der Generatorspannung zu synchronisieren. Wenn die Generatorspannung zugänglich ist, wird man sie zweckmäßigerweise zur Synchronisierung des Steuersalzes 18 heranziehen. Bei der Verwendung eines Wcchselslromnetztes als Wechselstromquelle ist im allgemeinen die Generatorspannung nicht verfügbar und man wird daher auf die Ausgangsspannung der Wechselstromquelle synchronisieren.

Zur Bestimmung der Pulsbreite, d. h. des zeitlichen Abstandes zwischen Zündzeitpunkt und Löschzeitpunkt, enthält der Steuersatz 18 einen ebenfalls nicht näher dargestellten Stromregler. Dem Stromregler sind der Verbraucherstrom als Regelgröße und ein entsprechender Istwert als Führungsgröße zugeführt.

Dem Steuersatz 18 ist außerdem ein nicht dargestellter Leistungsfaktor-Regler angeordnet, der einen Meßwert des Leistungsfaktors mit einem entsprechenden Sollwert vergleicht. Abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall kann hierdurch der Leistungsfaktor entweder optimiert werden, oder es kann ein beliebiger Wert eines induktiven oder kapazitiven Leistungsfaktors eingestellt werden.

Der Steuersatz 18 bildet aus den Ausgangssignalen des beschriebenen Stromreglers und des beschriebenen Leistungsfaktor-Reglers den Zündzeitpunkt und den Löschzeitpunkt für den Gleichstromsteller 11.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. I ist dem Gleichstromsteller 11 ein Kondensator 30 zur Speicherung der magnetischen Energie des Wechselstromnetzes zugeordnet. Der Kondensator 30 ist so bemessen, daß die beim Löschvorgang des Gleichstromstellers U auftretende Spannungsspitze nicht zu groß wird. Der Gleichstromverbraucher 15 ist von zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten Freilaufventilen Fl und F2 überbrückt. Der Kondensator 30 liegt zwischen der Eingangsklemme des Gleichstromstellers 11 und dem Verbindungspunkt der beiden Freilaufdioden Fl und F 2.

Wenn der Gleichstromsteller 11 gezündet wird und im Zündzeitpunkt die Spannung am Kondensators 30 höher ist als die Spannung der Wechselstromquelle 1, dann kann sich der Kondensator 30 über den Gleichstromsteller 11, die Last 15 und die Freilaufdiode F2 entladen. Sobald die Kondensatorspannung unter die Spannung der Wechselstromquelle I absinkt, übernehmen die Dioden D 1 und D4 im Gleichrichter 7 die Stroniführung. Der Strom fließt über die Diode D 1, den Gleichstromsteller 11, die Last 15 und zurück über die Diode D4. Wenn der Gleichstromsteller Il gelöscht wird, erzwingt die Induktivität 4 der Wechselstromquel-Ie ein Weiterfließen des Stromes über die Diode Dl, den Kondensator 30, die Freilaul'diode Fl, die Last 15 und die Diode D4 so lange, bis der Netzstrom abgeklungen ist und die Dioden Dl und DA sperren. Die magnetische Energie der Induktvität 4 wird vom Kondensator 30 aufgenommen. Im Lastkreis erzwingt die Lastinduktivität 17 einem Stromfluß über die beiden Freilaufdioden Fl und F2. Die Schaltungsmaßnahme, wonach der Kondensator 30 zwischen der Eingangsklemme des Gleichstromsteller 11 und dem Verbindungspunkt der beiden Freilaufdioden Fl, F2 liegt, verhindert Oberwellenströme, die auftreten würden, wenn der Kondensator unmittelbar über die Gleichspannungsausgänge des Gleichrichters 7 geschaltet wäre und mit der Induktivität 4 einen Schwingkreis bilden würde.

Im Schaltbild der Fig. 2 sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. Ein drittes Freilaufventil F3 ist den beiden gleichsinnig in Reihe geschalteten Freilaufventilen Fl, F2 parallel geschaltet. Wenn der Gleichstromsteller 11 gezündet wird und im Zündzeitpunkt die Spannung am Kondensator 30 größer ist als die Spannung der Wechselstromquelle 1, so entlädt sich der Kondensator 30 über den Gleichstromsteller 11, die Last 15 und die Freilaufdiodc F2. Sobald die Kondensatorspannung unter die Ausgangsspannung der Wechselstromquelle I sinkt, übernehmen die Dioden D 1 und D4 im Gleichrichter 7 die Stromführung. Wenn der Gleichstromsteller H gelöscht wird, erzwingt die Induktivität 4 der Wcchselstromquelle ein Weiterfließen des Stromes über die Diode Dl, den Kondensator 30, die Freilaufdiode Fl. die Last 15 und die Diode D4 so lange, bis der Strom abgeklungen ist und die Dioden D! und D4 sperren. Die Lastinduktivität 17 erzwingt einen Stromfluß über die Freilaufdiode F3. Die spezielle Anordnung des Kondensators 30 und der beiden Freilaufdioden F1 und F2 unterdrückt wiederum die Oberwellenströmc und verhindert ihre Rückwirkung auf die Wechselstromquelle 1.

In der Schaltungsanordnung der Fig. 2 ist nur eine hoch belastbare Freilaufdiode F3 erforderlich, die den vollen Laststrom aufnimmt. Die beiden Freilaufdioden Fl und F2 werden wesentlich niedriger belastet und können entsprechend kleiner dimensioniert werden. In der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 sind dagegen zwei hoch belastbare und für den vollen Laststrom dimensionierte Freilaufdioden Fl, F2 erforderlich.

Wenn eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Speisung eines Elektromotors über einen Weehselrichter verwendet wird, so ergibt sich der große Vorteil, daß im Gleichstromkreis keine Glättungsgliedcr benötigt werden. Dies ermöglicht einen Verzicht auf das sonst notwendige LC-Glättungsglied zwischen Gleichrichter und Gleichstromsteller bei einem Zwischenkreisumrichter zur Speisung eines Elektromotors.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Speisung eines Gleichsiromverbrauchers aus einer Wechselstromquelle über einen ungesleuerten Gleichrichii lit einem /wischen dem Ausgang des Gleiehrii tors und dem Gleichstromverbrauch er ungeordneten Gleichstromsteller, dessen Steuersatz mit der Wechelstromquellc synchronisiert ist und den Leistungsfaktor auf einem vorgegebenen Wert, insbesondere ungefähr I, hält, sowie mit einem dem Gleichstromsteller zugeordneten Kondensator und mit wenigstens einer den Gleichstromverbraucher überbrückenden Freilaufdiode, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromverbraucher (15) mil zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten l'reilaufdiodcii (Fi, Fl) überbrückt ist und daß der dem Gleichstromsteller (11) zugeordnete Kondensator (JO) zwischen der Eingangsklemme (8) des Gleichstromsteller und dem Verbindungspunkt der beiden Freilaufdioden (FX, F2) liegt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß den beiden im Reihe geschalteten Freilaufdioden (Fi, F2) ein drittes Freilaufventil (F3) parallel geschaltet ist.