DE2447324A1

DE2447324A1 - Stromrichter

Info

Publication number: DE2447324A1
Application number: DE19742447324
Authority: DE
Inventors: Harald Heinicke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-10-03
Filing date: 1974-10-03
Publication date: 1976-04-08
Also published as: JPS5163419A; ATA708575A; FR2287129A1; AT336732B; DK407775A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromrichter mit mindestens einem steuerbaren Hauptventil, das zeitweise den von einer Gleichspannungsquelle an eine Last gelieferten Laststrom führt, mit einer dem Hauptventil parallel geschalteten Reihenschaltung aus einem Löschkondensator und aus mindestens einem steuerbaren Löschventil, das bei seiner Zündung den Löschkondensator auf das Hauptventil entlädt und dieses löscht, und mit einem Rückschwingzweig aus mindestens einer Rückschwingdrossel und aus einem dazu in Serie geschalteten Rückschwingventil, das nach dem Löschen des Hauptventils den Entladestrom des Löschkondensators übernimmt.

Bei einem solchen Stromrichter kann es sich beispielsweise um einen Gleichstromsteller (deutsche Patentschrift 1 242 289), um einen Eintakt-Gleichspannungswandler (deutsche Auslegeschrift 1 267 322) oder um einen selbstgeführten Stromrichter mit Zwangskommutierungseinrichtung (deutsche Patentschrift 1 246 861) handeln.

Es hat sich gezeigt, daß bei einem solchen Stromrichter der Löschkondensator feine beträchtliche Kapazität aufweisen muß, um die Kommutierung vom Hauptventil auf das Folgeventil in allen Betriebszuständen des Stromrichters sicherzustellen. Eine Verringerung der Kapazität bedeutet im allgemeinen eine Verringerung der Schonzeit des Häuptventils. Einer solchen Verringerung ist also, sofern keine· besonderen Maßnahmen ergriffen werden, durch die physikalisch bedingte Freiwerdezeit des Hauptventils eine untere Grenze gesetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, den eingangs genannten Stromrichter so auszugestalten, daß die Kapazität seines Löschkondensators verringert werden kann, ohne^ daß sich dadurch die

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Schonzeit des Hauptventils verringert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Rückschwingdrossel eine Sättigungsdrossel vorgesehen ist, die hinsichtlich ihrer Stufenzeit und ihrer Induktivität so bemessen ist, daß sich der Löschkondensator nach dem Zünden des Löschventils bei einem Laststrom, der zwischen Leerlaufstrom und maximalem Laststrom liegt, in einem ersten Zeitabschnitt im wesentlichen über die Last und in einem anschließenden zweiten Zeitabschnitt über die Last und gleichzeitig über die Serienschaltung aus Rückschwingdrossel und Rückschwingventil entlädt, und daß der Löschkondensator - gemessen vom Zündzeitpunkt des Löschventils an - frühestens nach Ablauf der Freiwerdezeit des Hauptventils auf die Kondensatorspannung Null entladen ist.

Die Erfindung ist mit Vorteil bei allen Arten von Stromrichtern mit Rückschwingzweig einsetzbar, insbesondere bei einem Gleichstromsteller (z.B. gemäß der deutschen Patentschrift 1 242 289), bei einem Eintakt-Gleichspannungswandler (z.B. gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 267 322) oder bei einem Wechselrichter mit Kommutierungseinrichtung (z.B. gemäß der deutschen Patentschrift 1 246 861).

Die Bemessung der Rückschwingdrossel sollte insbesondere so getroffen werden, daß die bei maximalem Laststrom gemessene Stufenzeit mindestens so groß ist wie die Freiwerdezeit des Hauptventiles, und daß ihre Luftinduktivität so gewählt ist, daß bei Leerlaufstrom die Summe aus Stufenzeit der Rückschwingdrossel und aus einem Viertel der reziproken RUckschwingfrequenz des durch den Löschkondensator, das Löschventil und den Rückschwingzweig gebildeten Rückschwingkreises mindestens so groß ist wie die Freiwerdezeit des Hauptventiles. Benutzt man bei dieser Bemessung die angegebenen Grenzwerte, so kommt man mit einer besonders kleinen Kapazität des Löschkondensators aus.

Unter dem Begriff Sättigungsdrossel wird eine Drosselspule

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verstanden, die - gemessen vom Zeitpunkt der Beaufschlagung mit einer Spannung - nach Ablauf ihrer Stufenzeit in die Sättigung geht. Eine solche Sättigungsdrossel muß in der Praxis mit einem sehr geringen oder ganz ohne Luftspalt ausgeführt werden. Im Interesse eines geringen Aufwandes sucht man mit einer geringen Luftinduktivität der Rückschwingdrossel auszukommen. Der untere Grenzwert der Luftinduktivität, der beim erfindungsgemäßen Stromrichter verwendet werden kann, ist gegeben durch

^Li" * <t - t_I0)²/c κ²- <¹>

wobei L, die Luftinduktivität, t die Freiwerdezeit des Hauptventils, t die Stufenzeit der Rückschwingdrossel bei Leerzo ₍

laufstrom und C die Kapazität des Löschkondensators bedeutet.

Es ist möglich, die Rückschwingdrossel als normale Transformatorspule mit einem Magnetkern aus Weicheisenblechen herzustellen. Mit einem geringeren Kostenaufwand kommt man jedoch aus, wenn die Rückschwingspule aus zwei nebeneinander angeordneten Stapeln von Magnetkernen besteht, durch die ein elektrischer Leiter mehrfach hindurchgeführt ist. Der Vorteil einer solchen Rückschwingspule ist neben den geringeren Eisenverlusten darin zu sehen, daß man eine sehr kleine Luftinduktivität erzielen kann, die dem in der obigen Formel (1) angegebenen Wert nahekommt. Man kommt hierbei mit einer geringen Anzahl von Kernen aus. Die Stufenzeit dieser Rückschwingspule läßt sich über die Anzahl der Windungen und der Magnetkerne einstellen.

Um die Eisenverluste besonders gering zu halten, wird man als Magnetkerne vorteilhafterweise Preßkerne aus Sintereisen verwenden* Solche Magnetkerne besitzen eine geringe Koerzitivfeidstärke. Bei der praktischen Erprobung hat es sich erwiesen, daß diese Magnetkerne mit mehrfach hindurchgeführtem elektrischen Leitern im Betrieb nur wenig Wärme und Geräusche entwickeln.

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Bei der Erfindung wird der Entladevorgang des Löschkondensators bei einem Laststrom, der zwischen dem Maximallaststrom und dem Leerlaufstrom liegt, in zwei Zeitabschnitte unterteilt. Im ersten Zeitabschnitt wird der Löschkondensator mit vergleichsweise großer Zeitkonstante über die Last entladen. Der Stromweg über die Sättigungsdrossel ist hierbei weitgehend gesperrt. Im zweiten Zeitabschnitt, der sich daran anschließt, wird der Löschkondensator mit vergleichsweise kleiner Zeitkonstante sowohl über die Last als auch über die nunmehr gesättigte Sättigungsdrossel entladen. Die Dauer jedes der beiden Zeitabschnitte ist vom Laststrom abhängig. Die Summe beider Zeitdauern, also die Gesamtdauer der Entladung, ist bei jedem Lastfall infolge der angegebenen Dimensionierung größer oder allenfalls gleich der Freiwerdezeit des Hauptventils, so daß eine einwandfreie Funktionsfähigkeit des Stromrichters stets gewährleistet ist.

Da die Entladung des Löschkondensators laststromabhängig ist, wird weniger kapazitive Energie benötigt, und man kommt gegenüber dem Fall, daß anstelle der Sättigungsdrossel eine übliche Drosselspule, z.B. eine mit Luftspalt oder eine Luftdrosselspule, verwendet wird, mit einer kleineren Kapazität des Löschkondensators aus, ohne daß dadurch die Schonzeit des Hauptventils verringert wird. Als weiterer Vorteil wird es angesehen, daß die Strombelastung im Löschventil und im Umschwingventil verringert wird. Daher läßt sich auch ein Löschventil und/oder Umschwingventil kleinerer Typenleistung einsetzen. Da infolge der kleineren Strombelastung der Durchlaßverlust des Löschventils und/oder des Umschwingventils reduziert wird, ergibt sich schließlich auch insgesamt ein verbesserter Wirkungsgrad des Stromrichters und eine geringere Wärmebelastung der Umgebung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von sechs Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Gleichstromsteller mit Rückschwingzweig, dessen Rückschwingdrossel als Sättigungsdrossel ausgebildet

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Figur 2 zwei Zeitdiagramme für den Vollastfall des Gleichstromstellers nach Figur 1,

Figur 3 zwei Zeitdiagramme für einen Teillastfall des Gleichstromstellers nach Figur 1,

Figur 4 zwei Zeitdiagramme für den Leerlauffall des Gleichstromstellers nach Figur 1,

Figur 5 eine Ausführungsform der Rückschwingspule in einer Schnittdarstellung und

Figur 6 einen Stromrichter mit Kommutierungseinrichtung und einer Anzahl von Rückschwingspulen, die als Sättigungsdrosseln ausgebildet sind.

Nach Figur 1 ist die positive Klemme einer Gleichspannungsquelle 2, z.B. die Klemme einer Batterie von U = 110 V Versorgungsgleichspannung, über ein steuerbares Hauptventil 3 an die Klemme 4 eines Gleichstromverbrauchers 5 angeschlossen. Die negative Klemme der Gleichspannungsquelle 2 ist direkt mit der anderen Klemme 6 des Gleichstromverbrauchers 5 verbunden. Der Gleichstromverbraucher 5 besitzt einen ohmschen Lastanteil 5a und einen induktiven Lastanteil 5b. Als Verbraucher 5 kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung jeder beliebige Verbraucher eingesetzt werden, insbesondere auch ein Motor. Als steuerbares Hauptventil 3 kann insbesondere ein Thyristor vorgesehen sein. Der Laststrom I kann im Mittel sehr hoch sein und z.B. 500 A betragen.

Das steuerbare Hauptventil 3 ist Bestandteil eines Gleichstromstellers. Dieser umfaßt auch eine Löscheinrichtung, die dem Hauptventil 3 parallel geschaltet ist. Mit ihrer Hilfe kann das Hauptventil 3 nach dem Zünden wieder gelöscht werden. Sie besteht nach Figur 1 aus der Reihenschaltung eines Löschkondensators 7 mit einem steuerbaren Löschventil 8, die in der angegebenen Reihenfolge zwischen Anode und Kathode des Hauptventils 3 geschaltet sind. Dem Löschventil 8, das vorzugsweise wiederum ein Thyristor sein kann, ist ein ungesteuertes Umschwingventil 9 in Reihe mit einer Umschwingdrossel 10 gegenparallel geschaltet. Ein ungesteuertes Freilaufventil 11 ist dem Verbraucher 5

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zugeordnet. Es ist direkt zwischen die Klemmen 4 und 6 des Verbrauchers 5 geschaltet.

Dem Hauptventil 3 ist weiterhin ein Rückschwingzweig zugeordnet, der aus einem ungesteuerten Rückschwingventil 12 und aus einer dazu in Serie geschalteten Rückschwingdrossel 13 besteht. Dieser Rückschwingzweig übernimmt nach dem Löschen des Hauptventils 3 zeitweise den Entladestrom des Löschkondensators 7. Die Rückschwingdrossel 13 ist als Sättigungsdrossel ausgebildet. Zur Zündung des Hauptventiles 3 und des Löschventiles 8 ist ein Steuergerät 14 vorgesehen.

Es wird davon ausgegangen, daß der Löschkondensator 7 zunächst mit einer Polarität aufgeladen ist, die zu der eingezeichneten Polarität entgegengesetzt ist. Wird nun das Hauptventil 3 gezündet, so übernimmt es nicht nur den Laststrom I, sondern auch den Umladestrom des Löschkondensators 7, der über die Umladedrossel 10 und das Umladeventil 9 fließt. Erst wenn der Umladevorgang abgeschlossen und der Löschkondensator 7 auf die eingezeichnete Polarität aufgeladen ist, darf zur Einleitung der Löschung des Hauptventiles 3 das Löschventil 8 durch das Steuergerät 14 gezündet werden.

Die Rückschwingdrossel 13 ist so bemessen, daß sich der Löschkondensator 7 nach dem Zünden des Löschventils 8 in zwei Zeitabschnitten a, b entlädt. Im ersten Zeitabschnitt a erfolgt die Entladung mit größerer Zeitkonstante im wesentlichen über die Last 5, und in dem sich anschließenden zweiten Abschnitt b erfolgt die Entladung mit geringer Zeitkonstante sowohl über die Last 5-als auch'gleichzeitig über die Serienschaltung aus Rückschwingdrossel 13 und Rückschwingventil 12. Durch die Ausbildung der Rückschwingdrossel 13 als Sättigungsdrossel wird der erste Zeitabschnitt a eingeführt und damit die Entladedauer verlängert. Die Entladung schreitet fort, bis die Kondensatorspannung u7 Null Volt beträgt. Anschließend wird der Löschkondensator 7 auf die andere Polarität umgeladen. Die dem Hauptventil 3 zugewandte Elektrode erhält dann wiederum positives und die dem Löschventil 8 zugewandte Elektrode negatives Poten-

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tial. Das soll anhand der Figuren 2 bis 4 im folgenden näher verdeutlicht werden.

In Figur 2a ist die Induktivität L13 der RUckschwingdrossel 13 in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen. Das Diagramm gilt für den Vollastfall, bei dem der Laststrom I gleich dem maximal möglichen Laststrom I ist. Der Zeitpunkt t = 0 ist gleich dem Zündzeitpunkt des Löschventils 8. Hier besitzt die Induktivität L13 einen Wert L, , der sich aus der Luftinduktivität L^ und der Eiseninduktivität zusammensetzt. Nach Ablauf der Stufenzeit t__ geht die Rückschwingdrossel 13 in die Sättigung. Ihre Induktivität L13 sinkt dabe i auf den Wert der Luftinduktivität L₁. Bei der Bemessung der Rückschwingdrossel 13 ist darauf zu achten, daß die Differenz (L, - L-,) besonders groß ist und daß die Luftinduktivität L₁ einen kleinen Wert besitzt.

Die Stufenzeit t der Rückschwingdrossel 13 ist ersichtlich

ZIu

etwas größer gewählt als die Freiwerdezeit t des Hauptventils

3. Im eingezeichneten Vollastfall ist die Stufenzeit t -speziell

zm

t = 1,25 t . Durch die angegebene Wahl wird erreicht, daß der Rückschwingzweig 12, 13 bei der Entladung des Löschkondensators 7 im Vollastfall keine Rolle spielt, und daß die Entladung und Umladung im wesentlichen allein über die Last 5 erfolgen. Die Rückschwingdrossel 13 geht also bei diesem Betriebsfall nicht in die Sättigung. Die Wahl der Stufenzeit t__ z- t_ richtet sich nach der maximalen Höhe der Gleichspannung U und nach dem maximalen Laststrom I «

In Figur 2b sind unterhalb von Figur 2a die Kondensatorspannung u7 und der Entladestrom i7 in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen. Auch dieses Diagramm gilt für den Vollastfall I = I . Es ist ersichtlich, daß im wesentlichen ein konstanter Entladestrom i7 = I_m fließt, während die Kondensatorspannung u7 etwa linear von einem Anfangswert auf den Spannungswert Null absinkt. Dieser Spannungswert Null ist nach einer Zeit ft erreicht, die um einen Sicherheitsfaktor f ^-1 größer ist als die Freiwerdezeit t des Hauptventils 3. Wichtig an dem Diagramm von Figur 2b ist, daß der Löschkondensator 7 erst nach Ablauf

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der Freiwerdezeit t des Hauptventils 3 entladen ist. Als Sicherheitsfaktor f wurde speziell f = 1,25 gewählt. Die Stufenzeit t und die Zeit ft können unterschiedlich groß sein. Aus Figur 2b ergibt sich weiter, daß die Schonzeit t_ des Hauptventils 3 gegeben ist durch t = ft_. Dieser Wert ist al-

s q.

so größer als die notwendige Freiwerdezeit t .

Da wegen t,_m^-t_n der Rückschwingzweig 12, 13 im Vollastfall am

ZuI CJ

laststromabhängigen Entladevorgang nicht beteiligt ist und keinen Strom führt, ist es möglich, die Kapazität des Löschkondensators 7 so niedrig zu bemessen wie im Falle eines Gleichstromstellers mit fehlendem Rückschwingzweig 12, 13.

Als nächstes werden die Figuren 4a und 4b betrachtet, die für den Leerlauffall I = I gi
wa gleich Null sein soll.

den Leerlauffall I=I gelten, wobei der Leerlaufstrom I et-

In Figur 4a ist wieder die Induktivität L13 der Rückschwingdrossel 13 in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen.

Es ist aus dem Vergleich mit Figur 2a ersichtlich, daß die Stufenzeit t_ vom Laststrom I abhängig ist. Sie wird mit sinkendem Laststrom I kleiner und hat im Diagramm von Figur 4a den kleinsten Wert t angenommen. Dieser kleinste Wert t liegt bei 0,5 ft und ist demnach kleiner als die Freiwerdezeit t . Die beim Leerlaufstrom I gemessene Stufenzeit t der Rückschwingdrossel 13 sollte mindestens 50 % der Freiwerdezeit des Hauptventils 3 betragen. Nach Ablauf dieser Stufenzeit t

geht die Rückschwingdrossel 13 in die Sättigung.

Da die Stufenzeit ΐ__Λ kleiner ist als die Freiwerdezeit t_, wird

ZO Q

der Entladevorgang des Löschkondensators 13 hier in zwei Abschnitte unterteilt. Im ersten Zeitabschnitt a, der durch die Stufenzeit t_zo bestimmt ist, ist der Rückschwingzweig 12, 13 gesperrt. Die Entladung erfolgt im wesentlichen über die Last 5 mit einer größeren Zeitkonstanten. Im anschließenden zweiten Zeitabschnitt b ist die Induktivität L13 auf den Wert der Luftinduktivität L₁ abgesunken. Dann entlädt sich der Löschkondensator 7 mit klei-

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nerer Zeitkonstante im wesentlichen über den Rückschwingzweig 12, 13, teilweise aber auch noch über die Last 5.

In Figur 4b sind wiederum die Kondensatorspannung u7 und der Entladestrom i7 in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen. Vom Zeitpunkt t = t an sinkt die Kondensatorspannung u7 von ihrem Anfangswert an sinusförmig auf den Wert Null ab. Anschließend wird der Löschkondensator 7 weiter sinusförmig auf die andere Polarität umgeladen. Gleichzeitig nimmt der Entladestrom i7 sinusförmig zu. Aus Figur 4b wird deutlich, daß die Bemessung der Rückschwinddrossel 13 so getroffen ist, daß im Leerlauffall I=I der Löschkondensator 7 - gemessen vom Zündzeitpunkt t = 0 des Löschventils 8 an - erst einige Zeit nach Ablauf der Freiwerdezeit t des Hauptventils 3 auf die Spannung Null entladen ist. Der sinusförmige Abfall der Kondensatorspannung u7 im zweiten Zeitabschnitt b ist gleich einem Viertel der reziproken Rückschwingfrequenz T des durch den Löschkondensator 7, das Löschventil 8 und den Rückschwingzweig 12, 13 gebildeten Rückschwingkreises. Aus Figur 4b wird auch deutlich, daß die Luftinduktivität L₁ der Rückschwingdrossel 13 so gewählt wurde, daß die Summe aus der Stufenzeit t im ersten Zeitabschnitt a und aus einer Viertelperiode T/4 größer ist als die Freiwerdezeit t des Hauptventils 3. Die Summe dieser beiden Zeiten t und T/4 ergibt im Leerlauffall die Schonzeit t des Hauptventils 3. Sie ist um einiges größer als die Freiwerdezeit t , so daß auch in diesem Betriebsfall eine einwandfreie Funktion des Gleichstromstellers gewährleistet ist. Sie ist auch um einiges größer als die Stufenzeit t .

ZO

Die Schwingungsdauer T des Rückschwingkreises 7, 8, 12, 13 ist

2 2

durch T = L-,* C · 4 Tt gegeben. Hieraus und aus der Bedingung (t™ + T/4)>t ergibt sich, daß die Luftinduktivität L_n einen Wert annehmen muß, der nicht kleiner sein darf als der Wert

/, / J- 4- \*— IC* ,ο*- Ι Λ \

In der praktischen Ausführung wird man die Luftinduktivität L-, gleich oder nur wenig größer als der in Formel (1) angege-

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bene Wert wählen. Der. darin enthaltene Wert der Kapazität C richtet sich nach der maximalen Kondensatorspannung u7.

In den Figuren 3a und 3b ist ein Teillastfall dargestellt, der etwa I = 0,5 I₀ entspricht. Hierbei liegt der Laststrom I also zwischen dem Leerlaufstrom I und dem maximalen Laststrom I . Demzufolge liegt auch die Stufenzeit t zwischen der kleinsten

4L»

Stufenzeit t und der maximalen Stufenzeit t . Aus Figur 3b ist gegenüber Figur 4b ersichtlich, daß die Entladung des Löschkondensators 7 im ersten Zeitabschnitt a wegen des größeren Laststromes I rascher vonstatten geht. Im zweiten Zeitabschnitt b haben die Kondensatorspannung u7 und der Entladestrom i7 wiederum einen sinusförmigen Verlauf. Es ist ersichtlich, daß auch hierbei die Schonzeit t_ des Hauptventils 3 größer als die Freiwerdezeit t und auch größer als die Stufenzeit t ist.

Durch die Verwendung einer Sättigungsdrossel als Rückschwingdrossel 13 wird der Vorteil eines Gleichstromstellers ohne Rückschwingkreis, nämlich eine kleine Kapazität des Löschkondensators 7, mit dem Vorteil eines Gleichstromstellers mit Rückschwingkreis, nämlich gutes regeldynamisches Verhalten, verbunden. Wegen der reduzierten Kapazität fließt durch den Rückschwingzweig 12, 13 ein geringerer Strom als bei einem Gleichstromsteller mit linearer Rückschwingdrossel. Demgegenüber können also ein Löschventil 8 und/oder ein Rückschwingventil 12 mit geringerer Strombelastbarkeit verwendet werden. Schließlich ergibt sich demgegenüber als weiterer Vorteil auch eine geringere Wärmeentwicklung durch den Stromrichter und ein vergrößerter Wirkungsgrad.

Figur 5 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Rückschwingdrossel 13 im Schnitt. Mit ihr läßt sich eine besonders kleine Luftinduktivität L-, erreichen, die in der Nähe der minimal erlaubten Luftinduktivität L-, nach Formel (1) liegt. Die Rückschwingdrossel 13 besteht aus zwei nebeneinander angeordneten Stapeln von Magnetkernen 20 bzw. 21, deren Stapelachsen parallel zueinander ausgerichtet und mit 22 bzw. 23 bezeichnet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind je-

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weils sechs Magnetkerne 20 bzw. 21 pro Stapel vorgesehen. Die erforderliche Anzahl richtet sich nach der gewünschten Stufenzeit. Die einzelnen Magnetkerne 20 und 21 sind als Hohlzylinder ausgebildet und mit ihren Flachseiten axial aufeinandergelegt. Ein elektrischer Leiter 24 ist mehrfach durch die Hohlräume beider Stapel hindurchgesteckt. Beide Stapel sind eng benachbart nebeneinander angeordnet, so daß zwischen ihnen praktisch kein Luftspalt besteht.

Die Magnetkerne 20 und 21 bestehen aus gepreßtem Sintereisen. Dieses Material besitzt eine kleine Koerzitivfeidstärke, so daß die Rückschwingspule 13 im Betrieb nur mit geringen Verlusten arbeitet. Die Magnetkerne 20 und 21 erwärmen sich im Betrieb nur geringfügig. Durch die Wahl dieses Materials ist auch gewährleistet, daß die Magnetkerne 20, 21 im Betrieb kaum Geräusche entwickeln. Durch die Wahl der Anzahl der Magnetkerne 20, 21 und der Windungen des Leiters 24 wird die Stufenzeit eingestellt. Gegenüber einer Spulenanordnung, bei der Magnetkerne auf einem einzigen Leiter aufgereiht sind, kommt man mit einer geringen Anzahl von Magnetkernen 20, 21 aus.

Fig. 6 zeig: schließlich einen weiteren Stromrichter, bei dem die Erfindung mit Erfolg eingesetzt werden kann. Es handelt sich um einen selbstgeführten Stromrichter 33 mit einer Kommutierungseinrichtung, dessen Aufbau im Prinzip aus Fig. 1 der deutschen Patentschrift 1 246 861 bekannt ist. Dieser Stromrichter 33 ist zur Speisung einer Last 32 vorgesehen, die insbesondere eine Drehstrommaschine sein kann. Gleichstromseitig ist er an eine (nicht gezeigte) Gleichspannungsquelle angeschlossen, die z.B. eine Batterie oder ein gesteuerter Gleichrichter sein kann.

Der Stromrichter 33 enthält zwei Ventilsysteme in Drehstrom-Brückenschaltung. Das eine Ventilsystem umfaßt gesteuerte Hauptventile 34 bis 39, insbesondere Thyristoren, und das andere ungesteuerte Rückschwingventile 40 bis 45- Mit jedem der Hauptventile 34 bis 39 und der Rückschwingventile 40 bis 45 ist ei-ne Drosselspule 84 bis 89 bzw. 90 bis 95 in Reihe ge-

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schaltet, die im wesentlichen zur Begrenzung des Stromanstiegs vorgesehen sind. Sie können als Sättigungsdrosseln mit kleiner Stufenzeit ausgebildet werden.

An jedem Strang der Last 32 sind zwei nebeneinander liegende Rückschwingdrosseln 64, 67 und 65, 68 und 66, 69 angeordnet. Jede von ihnen ist mit einem der Hauptventile 34 bis 39 in Reihe geschaltet. Diese Rückschwingdrosseln 64 bis 69 sind im Sinne der Erfindung als Sättigungsdrosseln ausgebildet.

Die Kommutierungseinrichtung besteht aus sechs gesteuerten Löschventilen 52 bis 57, die jeweils in Reihe mit einem gemeinsaman Löschkondensator 51 und einer gemeinsamen Löschdrossel 50 angeordnet sind, und aus zwei steuerbaren Kommutierungsventilen 48 und 49, die jeweils mit einer weiteren Drosselspule 46 bzw. 47 in Serie geschaltet sind. Die Drosselspulen 46 und 47 sind zur Begrenzung des Spannungsanstiegs vorgesehen. Sie können ebenfalls als Sättigungsdrosseln mit kleiner Stufenzeit ausgebildet sein. Die Anordnung in der Kommutierungseinrichtung ist so getroffen, daß - wenn man einmal von den einzelnen Drosseln absieht - durch gleichzeitiges Zünden eines der Kommutierungsventile 48, 49 und eines der Löschventile bis 57 der Löschkondensator 51 jeweils einem der Hauptventile 34 bis 39 parallel geschaltet werden kann.

Infolge der- Verwendung von Sättigungsdrosseln als Rückschwingdrosseln 64 bis 69 ergibt sich folgende Funktion: Während der Stufenzeit einer der Rückschwingdrosseln 64 bis 69 wird der Löschkondensator 51 nur durch den Laststrom I umgeladen. Dauert die Entladung des Löschkondensators 51 länger als die erforderliche Schonzeit des zu löschenden Hauptventiles 34 bis 39, so geht der Eisenkern in der betreffenden Rückschwingdrossel 64 bis 69 in die Sättigung, und es wird ein RUckschwingkreis mit der Luftinduktivität der betreffenden Rückschwingdrossel eingeschaltet. Der Löschkondensator 51 wird dadurch rasch umgeladen. Das soll im folgenden an einem willkürlich herausgegriffenen Kommutierungsvorgang näher erläutert werden.

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Es sei zunächst angenommen, daß die Hauptventile 34 und 39 gezündet sind. Dann fließt ein Strom von der positiven Klemme⁵ über das Hauptventil 34, die Drosselspule 84, die Rückschwingdrossel 64, die Last 32, die Rückschwingspule 69, die Drosselspule 89 und das Häuptventil 39 zur negativen Klemme. Der Löschkondensator ist hierbei mit der eingezeichneten Polarität aufgeladen. Im Zeitpunkt t = 0 wird das Löschventil 52 gezündet. Dann liegt die Kondensatorspannung des Löschkondensators 51 in Sperrichtung am Hauptventil 34 und letzteres wird gelöscht. Der Löschkondensator 51 entlädt sich auf dem Wege über die Löschdrossel 50, das Löschventil 52, die Rückschwingdrossel 64, die Last 32, die Rückschwingdrossel 69, die Drosselspule 89, das Hauptventil 39, die Gleichspannungsquelle, das Kommutlerungsventil 48 und die Drosselspule 46. Dieser Stromweg ist im" ersten Zeitabschnitt a frei, während der Stromweg über die Kommutierungsdrosselspule 67 und das Rückschwingventil 40 nicht möglich ist, weil letztere noch nicht in die Sättigung gegangen ist.

Nach Ablauf der Stufenzeit der Sättigungsdrossel 67 setzt sich im zweiten Zeitabschnitt b die Entäadung des Löschkondensators 51 zusätzlich auf dem Wege über die Löschdrossel 50, das Löschventil 52, die Sättigungsdrossel 64, die nunmehr ebenfalls gesättigte Sättigungsdrossel 67, die Drosselspule 90, das Rückschwingventil 40, das Kommutierungsventil 48 und die Drosselspule 46 fort.

Im ersten Zeitabschnitt a setzt also die Drosselspule 67 infolge ihrer hohen Induktivität der Entladung einen hohen Widerstand entgegen. Im zweiten Zeitabschnitt b kann die Entladung über die miteinander in Reihe geschalteten Drosselspulen 64 und 67 mit kleiner Zeitkonstante weiterlaufen. Auch bei diesem Stromrichter 33 kommt man infolge der Verwendung von Sättigungsdrosselspulen mit einer verringerten Kapazität des Löschkondensators 51 aus.

6 Figuren

6 Ansprüche $09815/0283 -14-

Claims

VPA 74/3225 Patentansprüche

1. Stromrichter mit mindestens einem steuerbaren Hauptventil, das zeitweise den von einer Gleichspannungsquelle an eine Last gelieferten Laststrom führt, mit einer dem Hauptventil parallel geschalteten Reihenschaltung aus einem Löschkondensator und aus mindestens einem steuerbaren Löschventil, das bei seiner Zündung den Löschkondensator auf das Hauptventil entlädt und dieses löscht, und mit einem Rückschwingzweig aus mindestens einer Rückschwingdrossel und aus einem dazu in Serie geschalteten Rückschwingventil, das nach dem Erlöschen des Hauptventils den Entladestrom des Löschkondensators übernimmt, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückschwingdrossel (13; z.B. 67) eine Sättigungsdrossel vorgesehen ist, die hinsichtlich ihrer Stufenzeit (t_) und ihrer Induktivitat (L13) so bemessen ist, daß sich der Löschkondensator (7; 51) nach dem Zünden des Löschventils (8; z.B. 52) bei einem Laststrom (I), der zwischen Leerlaufstrom (I_Q) und maximalem Laststrom (I) liegt, in einem ersten Zeitabschnitt (a) im wesentlichen über die Last (5; 32) und in einem anschließenden zweiten Zeitabschnitt (b) über die Last (5; 32) und gleichzeitig Über die Serienschaltung aus Rückschwingdrossel (13; z.B. 67) und Rückschwingventil (12; z.B. 40) entlädt, und daß der Löschkondensator (7; 51) - gemessen vom Zündzeitpunkt (t = 0) des Löschventils (8) an - frühestens nach Ablauf der Freiwerdezeit (t ) des Hauptventils (3, z.B. 34) auf die Kondensatorspannung (u7) Null entladen ist.

2. Stromrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die bei maximalem Laststrom (I_n) gemessene Stufenzeit (t__)

m - /πι

der RUckschwingdrossel (13; z.B. 67) mindestens so groß ist wie die Freiwerdezeit (t ) des Hauptventils (3; z.B. 34), und daß die Luftinduktivität (L₁) der Rückschwingdrossel (13; z.B. 67) so gewählt ist, daß bei Leerlaufstrom (I )die Summe aus Stufenzeit (t ) der Rückschwingdrossel (13; z.B. 67) und aus einem Viertel der reziproken Rückschwingfrequenz (T) des durch den Löschkondensator (7; 51), das Löschventil

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(8; z.B. 52) und den Rückschwingzweig (12,13; z.B. 67, 40) gebildeten Rückschwingkreises mindestens so groß ist wie die Freiwerdezeit (t ) des Hauptventils (3; z.B. 34) (Figuren 2 und 4).

3. Stromrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftinduktivität (L₁) der Rückschwingdrossel (13; 67) gleich oder nur wenig größer ist als

L-, = 4 (t - t ) / C Ti ,

wobei t die Freiwerdezeit des Hauptventiles (3), t_zo die Stufenzeit der Rückschwingdrossel (13) bei Leerlaufstrom (I) und C die Kapazität des Löschkondensators (6) bedeutet.

4. Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (C) des Löschkondensators (ßl 51) so gewählt ist, daß er sich bei maximalem Laststrom (l_m) innerhalb einer Zeit (ft ), die um einen Sicherheitsfaktor (f ^ 1) größer ist als die Freiwerdezeit (t ) des Hauptventils (3; 34), im wesentlichen über die Last (5; 32) bis auf die Kondensatorspannung (u7) Null entlädt (Figur 2b)

5. Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschwingdrossel (13; 67) aus zwei nebeneinander angeordneten Stapeln von Magnetkernen (20, 21) besteht, durch die ein elektrischer Leiter (24) mehrfach hindurchgeführt ist.

6. Stromrichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkerne (20, 21) aus einem gepreßten Sintereisen von geringer Koerzitivfeidstärke bestehen.

6098 1 FS/02 63