DE2408806A1 - Anordnung zum steuern von wechselstroemen - Google Patents
Anordnung zum steuern von wechselstroemenInfo
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Description
2408306
Licentia Patent Verwaltungs-G.m.b.H.
6 Frankfurt/Main 70, Theodor-Stern-Kai 1
Unger/bei FBE 74-/9
22.2.1974- ========·
"Anordnung zum Steuern von Wechselströmen"
Die Erfindung betrifft· eine Anordnung zum Steuern von
Wechselströmen, bei der in einem jeden Phasenstrang einer Wechselstromquelle eine Gegenparallelschaltung
von zwei Thyristoren mit einem Verbraucher in Reihe geschaltet ist und diesen Thyristoren jeweils ein Löschthyristor
über jeweils einen Löschkondensator und eine Kommutierungsdrossel gegenparallelgeschaltet ist.
Es ist eine derartige Steuerungsanordnung bei zwangskommutierten
Wechselstromstellern sowie auch bei zwangskommutierten Stromrichtern mit Thyristoren bekannt, beispielsweise
durch "Archiv für Elektrotechnik" 53k (1970),
5, S. 326 ff und "Elektrische Bahnen" (1972), 1*. Durch die Zwangskommutierung können bei Stromrichtern und
Wechselstromstellern die Phasenströme durch Zwangslöschung der stromführenden Thyristoren vor dem natürlichen
Stromhulldurchgang oder vor dem durch die Netζführung
bestimmten Zeitpunkt kommutiert werden, die Halbschwingungen der treibenden Phasenspannungen'werden vom
Ende her angeschnitten. Mit dem herkömmlichen Phasenanschnitt einhergehend können dadurch der Oberwellengehalt
der Phasenlastströme und die durch · *) Seite 13-19
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Blindleistungsverschiebung bedingte Belastung eines Wechselstromnetzes erheblich verringert werden.
Ferner werden die Löschkondensatoren jeweils während der Halbschwingung, welche der Stromeinsatz-Halbschwingung
vorausgeht, löschbereit geladen.
Bei der bekannten Steueranordnung fließen die kommutierten Phasenströme bei ohmsch-induktiver Last jeweils über
die Löschthyristoren und können auch als Freilaufströme über diese Löschthyristoren weiterfließen, es entstehen
jedoch beim Kommutieren der Phasenströme auf die Löschstromzweige Überspannungen an der Last und das Weiterfließen
der Phasenströme als Freilaufströme über die Löschthyristoren ist stark lastabhängig. Außerdem ergibt !Sich
bei induktiver Last durch die Zwangskommutierung und^dadurch
verursachten Ireilaufströme ein im Vergleich zur ohmschen Belastung größerer Oberwellengehalt bei den
Phasenströmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe· zugrunde, eine Steuerungsanordnung der eingangs beschriebenen Art, insbesondere
einen Wechselstromsteller mit Thyristoren zu schaffen, bei welcher beim Kommutieren der Phasenströme keine Überspannungen
an der Last entstehen und induktive Phasenströme in einem vollen Stellbereich gesteuert -werden können
und bei welcher die oben dargelegten technischen Vorzüge der bekannten Steuerungsanordnungen ungeschmälert erhalten
werden, aber die Belastung eines Wechselstromnetzes durch Oberwellengehalt der Phasenströme und durch Blindleistungsverschiebung
weiter verringert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer derartigen Steuerungsanordnungen erfindungsgemäß darin, daß in je-
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dem Phasenstrang einer Wechselstromquelle die Löschthyristoren über zwei gleichsinnig igepolte in Reihe geschaltete
Gleichrichterdioden in einer Masche miteinander gegenparallelgeschaltet sind, welche an den zwei Verbindungen
eines Löschthyristors und einer Gleichrichterdiode je eine Abzweigung zu einer Kommutierungsdrossel
oder einen Löschkondensator aufweist und in einem von dem betreffenden Phasenstrang der Wechselstromquelle abgezweigten
gleichphasigen oder damit verketteten Phasenstrang in Reihe mit oder parallel dem Verbraucher geschaltet
ist.
Bei dieser Steuerungsanordnung wird, wenn von den Phasensträngen
der Wechselstromquelle gleichphasige Phasenströme abgezweigt sind, gemäß einer weiteren Ausbildung
der Erfindung bei den abgezweigten Phasensträngen die Wechselspannung mit einer geringeren Amplitude als bei
den Stammphasensträngen bemessen.
Nächstehend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 das Schaltbild eines Einphasen-Wechselstromstellers
mit Thyristoren
Fig. 2 Spannungs- und Stromdiagramme zur Erläuterung der
tongs;
WirBweise eines Wechselstromstellers nach Fig 1 bei rein ohmscher und rein induktiver Last.
WirBweise eines Wechselstromstellers nach Fig 1 bei rein ohmscher und rein induktiver Last.
Bei einem Einphasen-Wechselstromsteller mit [Thyristoren nach Fig. 1, eine Anordnung zum Steuern eines Einphasen-Wechselstromes,
ist eine Gegenparallelschaltung von zwei Thyristoren p1, p2, in einem Phasenstrang R eines Wechselstromnetzes
mit der Spannung uB mit einer Last oder Yer-
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braucher V in Reihe geschaltet. Es bilden diese genannten Elemente den LastStromkreis. Den Thyristoren p1, p2 ist
jeweils ein Löschthyristor ρ 1 ' , ρ 2' über jeweils einen
Löschkondensator 01, C2 und eine Kommutierungsdrossel L1,
L2 gegenparallelgeschaltet. Diese letztgenannten Elemente bilden eine den Thyristoren pt, p2, zugeordnete Löschoder
Kommutierungseinrichtung herkömmlicher Art.
Mit H' ist in Fig. 1 ein von der Ketzphase R in nicht dargestellter
Weise abgezweigter Phasenstrang bezeichnet, welcher in Bezug auf R phasengleich sein möge, jedoch eine
Phasenspannung m' mit einer Amplitude, welche geringer als
die der Phasenspannung u-n ist, führen möge. Es kann diese
Abzweigung des Phasenstranges R1 z. B. in einer Sekundärwicklung
mit drei Stromabnehmern O, R1, R eines an die
Metzphasenleiter R, Mp angeschlossenen Transformators vorgenommen werden. Die Wechsels nannungen Un und U13 1 haben
Xt XL
das gemeinsame Bezugspotential O. In den Phasenstrang R'
sind die Löschthyristoren p1', p2' über jeweils eine
gleichsinnig gepolte Gleichrichterdiode u1, u2 gegenparallel miteinander geschaltet, diese Elemente p2', n2, n1,
p1' bilden eine gesteuerte Masche, die wie die Thyristoren
p1, p2 ein Wechselstromstellglied darstellt und mit dem Verbraucher V in Reihe geschaltet ist.
Da Up und uR' gleichphasig sind, können bei der vorangehend
beschriebenen Schaltungsanordnung eines Wechselstromstellers die Gleichrichter dioden n1, n2 als Gegenspannungsventile
in Bezug auf das Wechselstromstellglied p1, p2 angesehen werden und ferner als die Umladeventile der Löschkondensatoren
01, 02. Die Diode n1 und der Löschthyristor p1' wie auch
die Diode u2 und der Löschthyristor p2' können jeweils zusammen außerdem als Freilaufventile angesehen werden.
Es wird der lern Thyristor p2 zugeordnete Löschkondensator 02 während der positiven Halbschwingunga von uR
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über das Ventil n2 und die Drossel L2 auf einen von der
Spannung u-n-u ' bestimmten Spannungswert löschbereit geladen.
Der dem Thyristor p1 zugeordnete Löschkondensator 01 wird während der negativen Halbschwingung von uR
über n1 und L1 löschbereit umgeladen. Die Rückumladung des Kondensators C2 wird jeweils durch die Zündung des
Löschthyristors p2' zum Löschen des Thyristors p2 eingeleitet,
die Rückumladung des Kondensators C1 jeweils durch Zündung von p1 '" zum Löschen von p1.
Die Schaltungsanordnung eines Wechselstromstellers nach Fig. 1 ermöglicht eine Folgesteuerung des Laststroms
iy im Sinne der Stromrichtertechnik. Die an der Kommutierung
des Laststromes jeweils beteiligten Thyristoren können innerhalb einer Periode der Phasenspannung uR zwangsweise
durch die Spannung eines Löschkondensators sowie* auch netzgeführt und abhängig von der Phasenspannung uR
als auch beim natürlichen Nulldurchgang eines Stromes gelöscht werden. Es werden diese Vorgänge in einer Halbschwingung
der Spannungen uR und uR' im folgenden kurz
betrachtet, wobei angenommen wird, daß der Verbraucher V eine reine ohmische Last darstellt und wobei die Fig. 2a
Bezug genommen wird, in welcher die Zeitachse in dem Bereich Vt0... t-z zur Verdeutlichung der Kommutierungsvorgänge
stark gedehnt dargestellt ist.
Es führe in der betrachteten Halbschwingung von U13 von
Anfang an der Thyristor p1 den Laststrom und es sei der Löschkondensator C1 löschbereit geladen. Im Zeitpunkt t
wird p1' gezündet und p1 anschließend zwangsweise gelöscht.
Dabei wird der Laststrom i^ auf den Stromkreis 01, L1, ΡΊ» p1
G1 kommutiert und der Rückumladestrom i^ von -01, dessen
Strom-Zeitfläche in Fig. 2a durch Feinschraffur hervorge-
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hoben ist, steigt infolge der Mitwirkung der Drossel LI
sinusförmig an. Im Zeitpunkt t^, wird i^ so groß wie i-y-
und der Strom i in p1 verschwindet.
Der Strom i^ fließt nun als Laststrom in dem Stromkreis
C1, L1, P1 ' , V, R, G1 weiter. Um über spannungen an
der Last V zu vermeiden, kann jedoch der Thyristor p2, welcher durch die Kondensatorspannung unA in Torwärts-
Kj I
richtung gepolt ist, gezündet werden, so daß ein den Laststrom übersteigender Anteil ±ny. nunmehr in dem
Stromkreis 01, H1 Fl', P2, C1 fließt und sinusförmig ist,
Wenn im Zeitpunkt t0 der wieder abklingende Strom In
den Laststrom ίΛΓ unterschreitet .wird, und nn Ut3-U1-, '
V , O It Jx
ist, dann wird i^ auf den Stromkreis R1, n1, pi.1, Y,
0, R1 kommutiert, wobei iß als Strom ij, auf Null abklingt
und gleichzeitig ein Strom Ix,' in gleichem Maße
zunimmt.
Hat dieser Strom im Zeitpunkt t3 die Größe des Laststromes
iy erreicht, so sind die Kommutierungsvorgänge beendet. Im Zeitpunkt t^ wird bei noch positiver Phasenspannung
p1 wieder gezündet. Durch die ebenfalls positive Differenzspannung Up-u · netzgeführt wird alsdann p1' gelöscht.
Der Laststrom i-^ wird hierdurch auf den Stromkreis
R, p1, V, 0, R zurückkommutiert. Die durch die Folgesteuerung gesteuerten Eommutierungsvorgänge sind
beendet, wenn p1 im Nulldurchgang der Phasenspannung uR4selbstgelöscht wird. Der nach Fig. 2a gesteuerte Phasenlaststrom
i^ weist infolge einer anschnittsymmetrischen Steuerungsweise einen geringen Oberwellengehalt auf.
Eine Blindleistungsverschiebung tritt hierbei nicht auf.
In Fig. 2b ist eine weitere mögliche Steuerungsweise des Phasenlaststromes iy dargestellt. Hierbei verlaufen die
*damit p2 beim natürlichen Stromnulldurchgang gelöscht
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Kommutierungsvorgänge bis zum Zeitpunkt t^ in der gleichen
Weise wie anhand der Fig. 2a erläutert. Der Laststrom iy
ist nach dem Zeitpunkt t, auf den Phasenstrang R1 kommutiert
und fließt in dem Stromkreis R', n1, p1 · , V, O, R'
weiter bis zum natürlichen Stromnulldurchgang am Ende der betrachteten Spannungshalbschwingung.
Während der negativen Halbschwingungen der Phasenspannungen uR und uR' sind die Kommutierungsvorgänge entsprechend den
anhand der Fig. 2a und 2b beschriebenen Vorgänge gesteuert. An der Kommutierung sind dann jeweils die Stromkreiselemente
p2, p2', G2, L2, p1 und p2 beteiligt.
In der Fig. 2c ist die anhand der Fig. 1 beschriebenen Steuerungsweise
des Phasenlaststromes bei einer rein induktiven Last V in einer ganzen Periode der Phasenspannung uR dargestellt.
Hierbei ist der Phasenlaststrom nur wenig verzerrt und nahezu 90 el der Phasenspannung u-n sowie auch u-ή1 nacheilend.
Es wird in jeder Halbschwingung der entsprechende Thyristor-p1 bzw. p2 des Wechselstromstellers je einmal in
den Zeitpunkten t und t bzw. t + ~ und t +^-gezündet und
ferner im Zeitpunkt t bzw. t +—einmal zwangsgelöscht.
Im Zeitpunkt tö wird bei noch positiver Phasenspannung U13
s · jx
p1 wieder gezündet. Durch die ebenfalls positive Differenzspannung
U-Tj-u-n' netzgeführt wird alsdann p1 ' gelöscht.
In dem Zeitpunkt t hat der negative Laststrom und in dem Zeitpunkt t + ~-der positive Laststrom seinen natürlichen
Nulldurchgang, wobei die Thyristoren p2 bzw. p1 selbstgelöscht
werden. Dadurch,daß nach den Zeitpunkten t +^-der
Last strom jeweils mit der treibenden Phasenspannung u-n1
fließt, klingt sein Freilaufstromanteil beschleunigt ab und nimmt stationären Verlauf mit einer geringfügigen Verzerrung
an. Der Verlauf der Phasenlastspannung u-r, ist
in der Fig. 2c ebenso wie in den Fig. 2a und 2b stark ausgezogen, dargestellt.
* t0 und
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Claims (2)
- - 8 - FBE 7V9Patentansprüche. jAnordnung zum Steuern von Wechselströmen, "bei der in einem jeden Phasenstrang einer Wechselstromquelle eine Gegenparallelschaltung von zwei Thyristoren mit einem Verbraucher in Reihe geschaltet ist und diesen Thyristoren jeweils ein Löschthyristor über jeweils einen Löschkondensator und eine Kommutierungsdrossel gegenparallelgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Phasenstrang (R, S,T) der Wechselstromquelle (N) die Löschthyristoren (p1', p2') über zwei gleichsinnig gepolte in Reihe geschaltete Gleichrichterdioden (n1, n2) in einer Masche miteinander gegenparallelgeschaltet sind, welche an den zwei Verbindungen eines Löschthyristors und einer Gleichrichterdiode je eine Abzweigung zu einer Kommutierungsdrossel (L1, L2) oder einen Löschkondensator (C1, C2) aufweist und in einem von dem betreffenden Phasenstrang (R, S, T) der Wechselstromquelle abgezweigten gleichphasigen oder damit verketteten Phasenstrang (R1, S1, T1) in Reihe mit oder parallel dem Verbraucher (V) geschaltet ist.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, mit von den Phasensträngen der Wechselstromquelle abgezweigten gleichphasigen Phasensträngen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungen (u-o1, Ug1, Um') der abgezweigten Phasenstränge (R1, S1, T1) eine geringere Amplitude aufweisen als die Wechselspannungen (up, Uo, U^) der Phasenstränge (R, S, T) der Stromquelle (E").509835/0213Leerseite
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