DE2456213A1

DE2456213A1 - Schaltungsanordnung zur blindleistungssparenden gleichrichtung von einoder mehrphasigem wechselstrom

Info

Publication number: DE2456213A1
Application number: DE19742456213
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Dr Kahlen; Adolf Dipl In Mueller-Hellmann; Reiner Dipl Ing Nill
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1974-11-28
Filing date: 1974-11-28
Publication date: 1976-08-12
Also published as: SE416861B; CH599708A5; SE7813391L; SE7513193L; AT340002B; DE2456213C2; ATA898475A

Description

Schaltungsanordnung zur blindleistungssparenden Gleichrichtung von ein- oder mehrphasigem Wechselstrom Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur blindleistungssparenden Gleichrichtung von ein- oder mehrphasigem Wechselstrom mittels zweier halbgesteuerter löschbarer Brückenschaltungen, die über eine Saugdrossel einen Lastkreis speisen, wobei für den Anschluß an jede Klemme der Stronquelle zwei steuerbare Hauptventile vorgesehen sind, deren Kathoden über eine Saugdrossel elektrisch miteinander verbunden sind, wobei zur Zwangsibschung jedem steuerbaren Ventil jeweils zwei in Durchlassrichtung hintereinander geschaltete tjiilfsventile zugeordnet sind, und wobei die Knotenpunkte zwischen den Hilfsventilen über einen Kondensator miteinander verbunden sind nach Patent Nr. ..................
(Patentanmeldung P 23 49 866.0).
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann. Anwendung finden bei Schienenfahrzeugen und Trolkybussen.
Die halbgesteuerte Brückenschaltung kann als symmetrische oder unsymmetrische Schaltung ausgeführt werden. Beim Betrieb des Zweipulsstromrichters tritt je nach Steuerwinkel eine mehr oder weniger große Phasenverschiebung auf, so daß im Teillastbereich ein ungünstiger Leistungsfaktor entsteht (H. -Ch. Skudel-ny, "Analyse der halbgesteuerten Einphasenbrückenschaltung", Archiv für Elektrotechnik 55, (1972), S. 44 bis 56; G. Nöltgen, "Eigenschaften des Stromrichters in zweipulsiger halbgesteuerter Brückenschaltung", Elektrische Bahnen 39 (1968), 11, S. 256 bis 264).
Bei Bahnstromversorgungen werden durch Verbraucher mit einem schlechten Leistungsfaktor die Anlagen stark belastet. Es ist bekanwltp zur Verbesserung des Leistungsfaktors zwei oder mehrere halbgesteuerte Brücken hinterginander zu schalten (H.-Ch. Skudel-ny, "Stromrichterschaltungen für Wechselstromtriebfahrzeuge", ETZ-A 1956, S. 240 bis 259).
Eine andere bekannte Mrglichkeit besteht in der Zwangskommutierung der Thyristoren, bei der der Stromfluß aus dem Netz vorzeitig unterbrochen wird (J. Förster, "Löschbare Fahrzeugstromrichter zur NTetzentlastung und -stützung", Elektrische Eaen 43, (1972), S. 13 bis 19). Nachteilig ist bei dieser Ausführung, daß Oberschwingungen erzeugt werden, und daß die Zwengskommutierung für den vollen Strom ausgelegt werden muß.
In der Hauptanmeldung wird eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen mit zwei ineinander verschachtelten, halbgesteuerten löschbaren Brückenschaltungen, die mit Hilfe einer Saugdrossel gemeinsam einen Lastkreis speisen. Ein wesentlicher Vorteil der Schaltungen gemäß Hauptanmeldung liegt in der Möglichkeit, die Ausgangsgleichspannung über die Wahl von Zünd- und Löschwinkel zu beeinflussen und damit einen optimalen Leistungsfaktor zu bekommen (sogenannte Sektorsteuerung).
Die gemäß Hauptanmeldung -eingesetzte Saugdrossel wird im Sinne einer gemeinsamen Glättungsdrossel für die jeweiligen BrUckenzweige voll wirksam, wenn eine Brückenschaltung den Netzstrom führt und über die andere BrUckenschaltung ein Freilaufkreis gebildet wird. Führen dagegen beide Brückenschaltungen den Netzstrom, so ist die Saugdrossel nur noch mit ihrer Streuinduktivität wirksam.
Beim Polaritätswechsel der Netzspannung muß der Strom von einem Brückenzweig auf den zweiten kommutieren. Dieser Kommutierungsvorgang bewirkt- kurzzeitig einen Netzkurzschluß.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Gegenstand der Hauptanmeldung die Aufgabe zugrunde, den Kommutierungsvorgang und die Wirksamkeit der Saugdrossel zu verbessern.
Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin, daß je eine Frei laufdiode mit ihrer Kathode an jeweils einer Klemme der Saugdrossel und mit ihrer Anode Jeweils zusammen mit der Anode des entsprechenden ungesteuerten Ventiles an einen gemeinsamen Knotenpunkt bzw. einen der ausgangsseitigen Gleichstrompole angeschlossen sind.
Mit der erfindungsgeinäßen Schaltungsanordnung wird vorteilhaft der kurzzeitige Netzkurzschluß beim Koinicutierungsvorgang vermieden. Weiterhin erübrigt such auch eine Ansteuerung der an einer gemeinsamen Klemme der Sekundärwicklung des eingangszeitigen Transformators angeschlossenen Hauptventile, wenn die an der anderen Klemme der Sekundärseite des eingangsseitigen Transformators angeschlossenen Hauptventile gelöscht werden und umgekehrt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Saugdrossel in zwei magnetisch getrennte Glättungsdrosseln geteilt. Ohne Änderung der sonstigen Wirkungsweise der Saugdrossel beim Gegenstand der Hauptanmeldung führen bei Aufteilung in zwei magnetisch getrennte Glättungsdrosseln beide Drosseln je den halben Laststrom und sind unabhängig vom Schaltzustand der Brückenschaltungen eben als Glättungsdrpsseln wirkser..
Die vorbeschriebene erfindungsgemäße Schaltungsanordnung stellt eine Parallelschaltung von zwei zwangskommutierten Stronirichtern dar. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich eine solche Schaltung in eine Reihenschaltung umformen.
Bei dieser Umformung entsteht eine Schaltungsanordnung zur blindleistungssparenden Gleichritung von ein oder mehrphasigem Wechselstrom mittels zweier Brückonschaltungen, die über eine Saugdrossel einen Lastkreis speisen nach Patent ...................
(Patentanneldung P 23 49 866.0), bei der erfindungsgemäß eine Vollweg-Diodenbrücke in Reihe. mit einem netzgeführten Zweipulsgleichstromsteller mit Löscheinrichtung geschaltet ist, wobei die Anoden der steuerbaren Hauptventile des Stellers mit einer Ausgangsklemme der Vollweg-Diodenbrücke und ihre Kathoden über die Saugdrossel miteinander verbunden sind, wobei die Löscheinrichtung aus jeweils zwei in Durchlarichtt.ng hintereinander geschalteten ausgangsseitig an die Saugdrossel gelegten Hilfsventilen besteht und. wobei knotenpunkte zwischen den Hilfsventilen über einen Kondensator miteinander verbunden sind, und daß je eine Freilauf diode mit ihrer Kathode an jeweils eine Klemme der Saugdrossel und mit ihrer Anode an eine zweite Ausgangsklemme bzw.
an den Minuspol des Lastkreises angeschlossen ist.
Die eingangsseitigen Hilfsventile der Löscheinrichtung sind zweckmäßig mit ihren Anoden an die erste Ausgangsklemme gelegt.
- Eine solche Schaltungsanordnung ist natürlich prinzipiell auch zur Übertragung von Gleichstrom geeignet. -Die eingangsseitige Diodenbrücke bewirkt eine Halbwellenspannung gleicher Polarrität. Der daran angeschlossene, als Zweipulsgleich-! steuerung vo zu bezeichnende Schaltungsteil wird in seiner Aussteuerung vom Netz geführt, so daß der dem Netz entnommene Laststrom weitgehend in Phase mit der Spannung ist.
Eine vorteilhafte Variante der vorbeschriebenen Reihenschaltung besteht darin, daß die eingangsseitigen Hilfsventale der Löscheinrichtung mit ihren Anoden an einen gemeinsamen Knotenpunkt gelegt sind, der inen S ein Ventil mit je einem Pol der Stromquelle und über einen ol des Lastkreis mit der zweiten Ausgangsklemme bzw. dem Minuspol des Lastkreises verbunden ist.
Ein Vorteil dieser Variante liegt im Betrieb an einemketz mit großen Lei tungsindukti«t:aten, wie . Der 8 bei einer Oberleitung bei Schienenfahrzeugen der Fall ist. Der Stützkondensator wird wegen der gekennzeichneten Anschaltung auf den Scheitelwert der Netzspannung aufgeladen. Bei geeigneter Größe des Stützkondensators kann die Löschung der Hauptventile ein oder mehxmals mit Hilfe der Löschventile und des Kommuierungskondensators erfolgen.
Weiterhin nimmt der rgie auf. die von der Leitungsinduktivität gespeicherte Energie auf.
Diese erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, und zwar der einen :Gleichstromsteller darstellende Teil, wird vorteilhaft während einer Halbperiode mehrmals geschaltet und so angesteuert, daß der Strom im Netz angenähert sinusförmig ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit Saugdrosseln mit Mittelanzapfung, Fig. 2 eine Variante der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 mit zwei magnetisch getrennten Glättungsdrosseln, Fig. 3 eine Reihenschaltung der zwangskommutierten Stromrichter nach Fig. 1 und Fig. 4 eine fleihenschaltung gemäß Fig. 3 mit zusätzlichem Kondensator.
Fig. 5 eine Variante der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 mit zusätzlichem Kondensator Zur Erleichterung des Verständnisses wurden die in der Hauptanmeldung verwendeten Bezugszeichen im wesentlichen beibehalten. Der Offenbarungsinhalt der hauptanmeldung wird hinsichtlich der / Schaltungseinzelheiten und der prinzipiellen Wirkungsweise zum Offenbarungsinhalt dieser Anmeldung erklärt.
Im einzelnen besteht die Schaltungsanordnung aus dem eingangsseitigen Transformator 1 mit den sekundärseitigen Klemmen 2 und 3, wobei an die Klemme 2 die steuerbaren Hauptventile T1 und T3 und an / die Klemme 3 die steuerbaren Hauptventile T2 und T4 angeschlossen sind und weiterhin an die Klemme 2 das ungesteuerte Ventil D1 und an die Klemme 3 das ungesteuerte Ventil D2.
Die Schaltungsanordrnng besitzt weiterhin eine gemeinsame Löscheinrichtung aus den Hilfsventilen T5 bis T8 T11 und T12.
Die Saugdrossel ist in Fig. 1 mit L5 und in Fig. 2 sind die entsprechenden Glättungsdrosseln mit L1 und L2 bezeichnet.
Die Kn.otenpunkte 4 und 5 zwischen den HiLfsventilen T5 und T8 bzw. T6 und T11 sind über einen Kommutierungs-Kondensator C miteinander verbunden.
Je eine Freilaufdiode D3 und D4 ist mit ihrer Kathode an jeweils eine Klemme 6 bzw. 7 der Saugdrossel LS bzw. L1 und L2 und mit ihrer Anode jeweils zusammen mit der Anode des entsprechenden ungesteuerten Ventils D1 bzw. D2 an einen gemeinsamen Knotenpunkt 8 bzw. den Minuspol des ausgangsseitigen Lastkreises angeschlossen.
Durch den Einsatz der Freilaufdioden D3 und D4 wird ein kurzzeitiger Netzkurzschluß beim Kommutierungsvorgang vermieden und es erübrigt sich eine Ansteuerung z.B. der Thyristoren T2 oder T4 (T1 oder T3 ), wenn die Thyristoren T1 oder T3 (T2 oder T4) ) gelöscht werden.
Die Wirkungsweise bei geteilter Saugdrossel LS wurde bereits erläutert.
Bei Umformung der Parallelschaltung der zwangskommutierten Stromrichter in eine Reihenschaltung entsteht eine Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 oder 4. In diesen Figuren sind die Bezugszeichen etwa analoger Elemente wiederum beibehalten.
In der Schaltung nach Fig. 4 sind ein Stütz-Kondensator C7 und weitere ungesteuerte Ventile 7, 8, z.B. Dioden, vorgesehen..
Die Saugdrossel L5 kann in beiden Schaltungen wieder ( wie in Fig. 2) in zwei Glättungsdrosseln L1 und L2 aufgeteilt sein (nicht dargestellt).
In der Schaltung nach Fig. 3 muß der Kommutierungskondensator C so dimensioniert werden daß er die Energie der Leitungsinduktivität L aufnehmen kann, damit keine zu hohe Spannung an den Ventilen entsteht. Bei geringer Induktivft-ä.t muß dagegen zweckmäßig die Kondensatorspannung überwacht werden, um die Kommutierung zu gewährleisten.
Die Schaltung gemäß Fig. 4 arbeitet bei großen Lei tungsinduktivitäten wegen des zusätzlichen Kondensators 4 vorteilhafter - allerdings mit etwas erhöhtem Schaltungsaufwand.
Neben den bereits beschriebenen Vorteilen wird ein weiterer Vorteil dadurch erreicht, daß der Stützkondensator C5 durch die zwei in Reihe geschalteten Löschthyristoren T7 und T5 oder T8 und T6 teilweise entladen werden kann. Zum Löschen dieser Thyristoren kann jeweils ein Löschthyristor des nicht leitenden Zweiges dienen.
Der Stützkondensator wird nur mit einer Spannungsrichtung belastet. Es kann somit auch ein unipolarer Kondensator, z.B.
Elektrolyt-Kondensator, eingesetzt werden.
Die Schaltung gemäß Fig. 5 ist eine Variante der Schaltung nach Fig. 1 mit einem Stützkondensator C5 gemäß Fig. 5. Der Vorteil der Schaltung besteht darin, daß die Reihenschaltung der Hauptzweige nach Fig. 1 und Fig. 2 beibehalten werden kann, während der löschkreis an die konstante Spannung des Stützkondensators CS gc'legt wird und nur vier Löschthyristoren erfordert Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, daß aus dem Sttkondensator Cs Verbraucher aus einer nahezu konstanten Spannung gespeist werden können (z.B. Hilfsbetriebe).
Anstelle der beiden Dioden D7 und D8 kann auch eine Diode zwischen die Anschlüsse 9 und 10 geschaltet werden.
Vorteilhaft wird eine weitere Verwendung der Schaltung dann erreicht, wenn die Ausgangsklenimen 11 und 12 kurzgeschlossen werden. Der Zweipulsgleichstromsteller c;.ient nun dazu, wechselweise Energie aus dem Netz zu entnehmen und sie in der Netzdrossel L und im Stützkondensator CS zu speichern. Am Stützkondensator Cs kann dann ein Hauptantrieb angeschlossen werden ( z.B. ein Wechselrichter zur Speisung eines Drehstrommotors).

Claims

Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung zur blindleistungsparenden Gleichrichtung von ein- oder mehrphasigem Wechselstrom mittels zweier halbgesteuerter löschbarer Brückenschaltungen, die über eine Saugdrossel einen Lastkreis speisen, wobei für den Anschluß an jede Klemme der Stromquelle zwei steuerbare Hauptventile vorgesehen sind, deren Kathoden über eine Saugdrossel elektrisch miteinander verbunden sind, wobei zur Zwangslöschung jedem steuerbaren Ventil jeweils zwei in Durchlasstichtung hintereinander geschaltete Hilf sventile zugeordnet sind und wobei die Knotenpunkte zwischen den Hilfsventilen über einen Kondensator miteinander und zusätzlich über je ein steuerbares Hilfsventil mit je einer Klemme der Stromquelle verbunden sind nach Patent Nr .................... (Patentanmeldung P 23 49 866eO), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß je eine Freilaufdiode (D3,D4) mit ihrer Kathode an jeweils eine Klemme (6 bzw. 7) der Saugdrossel (LS; L1, L2) und mit ihrer Anode jeweils zusammeln mit der Kathode des entsprechenden ungesteuerten Ventils (D1, D2) an einen gemeinsamen Knotenpunkt (8) bzw.

den minuspol des Lastkreises angeschlossen isto 2. Schaltungsanordnung zur blindleistungsparenden Gleichrichtung von ein - oder mehrphasigem Wechselstrom mittels zweier Brückenschaltungen, die über eine Saugdroasel einen Lastkreis speisen nach Patent Nr. ............... (Patentanmeldung P 23 49 866.0), dadurch gekennzeichnet, daß eine Vollweg-Diodenbrücke (D1, D2, D5, D6) in Reihe mit einem netzgeführten Zweipulsgleichstromsteller mit Löscheinrichtung geschaltet ist, wobei die Anoden der steuerbaren Hauptventile (T1, T2) des Stellers mit einer Ausgangsklemme (9) der Vollweg-Diodenbrücke (D1,D2,D5,D6) und ihre Kathoden über die Saugdrossel (LS) miteinander verbunden sind, wobei die Löscheinrichtung aus jeweils zwei in Durchlaßrichtung hintereinander geschalteten ausgangsseitig an die Saugdrossel gelegten Hilfsventile (T5,T7 bzw.

T6, T8) besteht und wobei Knotenpunkte (4,5) zwischen den Hilfsventilen über einen Kondensator (c) miteinander verbunden sind, und daß je eine Freilaufdiode (D3, D4) mit ihrer Kathode an jeweils eine Klemme (5,6) der Saugdrossel (LS) und mit ihrer Anode an eine zweite husgangsklemme (12) bzw an den Minuspol des Lastkreises angeschlossen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eingangsseitigen llilfsventile (T7, T8) der Löscheinrichtung mit ihren Anoden an die erste Ausgangsklemme (9) der Diodenbrticke gelegt sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eingangsseiti;gen Hilfsventile (T7, T8) der Löscheinrichtung mit ihren Anoden an einen gemeinsamen Knotenpunkt (1C) gelegt sind, der über je ein Ventil (D7, D8) mit je einem Pol (2,3) der Stromquel'e und über einen Stützt kondensator (Cs) mit der zweiten Ausgangsklemme (12) bzw.

dem Minuspol des Lastkreises verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugdrossel (LS) in zwei magnetisch getrennte Glättungsdrosseln(1l und 1 2) geteilt ist.

6. Schaltungsanordnungen, bei denen die Löscheinrichtung gemäß Anspruch 4 mit Stützkondensator (Cs) bei den Schaltungen gemäß Patentanmeldung P 23 49 866.0 und Anspruch 1 verwendet wird.