DE2457109B2

DE2457109B2 - Kommutierungsschaltung fuer einen stromrichter

Info

Publication number: DE2457109B2
Application number: DE19742457109
Authority: DE
Inventors: Herwig Dipl.-Ing. 8510Fürth Klautschek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-12-03
Filing date: 1974-12-03
Publication date: 1977-02-03
Also published as: SE7513576L; FR2293825A1; JPS5183125A; CH589966A5; FR2293825B3; JPS588668B2; BE836083A; US4019116A; DE2457109A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kommutierung*,-schaltung für einen an eine Last angeschlossenen p-pulsigen ersten Stromrichter mit steuerbaren Ventilen, der über einen Gleichstrom-Zwischenkreis mit Glättungsdrossel an einen von einer Gleichspannungsquelle gespeisten zweiten steuerbaren Stromrichter angeschlossen ist.

Zwischenkreis-Umrichter mit einer Glättungsdrossel und demzufolge mit eingeprägtem Strom im Gleichstrom-Zwischenkreis sind bekannt, z. B. aus der DT-OS 15 13 518. Sie werden zum drehrahlregelbaren Antrieb von D;«hfeldmaschinen verwendet. Im motorischen Betrieb der Drehfeldmaschine führt ein als Gleichrichter arbeitender Stromrichter dem Gleichstrom-Zwischenkreis Energie aus einem Drehstromnetz zu. Der mit steuerbaren Ventilen ausgestattete Gleichrichter erhält seine Steuerimpulse aus einem Steuersatz, der mit der Netzspannung synchronisiert ist. Ein als Wechselrichter arbeitender erster Stromrichter, der ebenfalls mit steuerbaren Ventilen ausgerüstet ist, speist die angeschlossene Drehfeldmaschine mit einer Drehspan-

nung von einstellbarer Frequenz. Der Wechselrichter kann über seinen Steuersatz eigen- oder fremdgetaktet betrieben werden. Die Drehspannung an der Drehfeldmaschine kann sich durch die entkoppelnde Wirkung der im Gleichstrom-Zwischenkreis angeordneten Glättungsdrossel frei, d. h. nahezu unabhängig von der Spannungsform im Gleichstrom-Zwischenkreis, ausbilden. Der Strom im Zwischenkreis bleibt während der Kommutierung konstant; es muß also nur der durch die Glättungsdrossel eingeprägte Gleichstrom kommutiert werden. Für die Umkehrung des Energieflusses, also für den generatorischen Betrieb, wird die Zwischenkreisspannung bei gleichbleibender Stromrichtung umgekehrt. Dies ist wegen des Fehlens von Rücklaufventilen durch Ändern des Steuerwinkels des maschinenseitigen ersten Stromrichters möglich.

Einen solchen Zwischenkreis-Umrichter mit einem Regelkreis auszustatten, der für eine Konstanthaltung des Stroms im Gleichstrom-Zwischenkreis sorgt, ist

^iibenfalls bekannt, ζ. B. aus der DT-OS 18 14 400 oder ausder »Siemens-Zeitschrift« 45. Jahrgang (1971), Heft 4 Seiten 195 bis 197-

» ' Auf dem Gebiet der Zwischenkreisumrichter, die im -Gegensatz zu den bisher erwähnten Umrichtern nicht ' ήύΐ eingeprägtem Gleichstrom, sondefn mit eingeprägter Gleichspannung im Zwischenkreis arbeiten, ist es bereits bekannt, einem ersten Stromrichter einen ^ zweiten Stromrichter vorzuschalten, der als Gleichstromsteller ausgebildet ist (z. 3. DT-OS 20 50 787). Der erste Stromrichter, der eine Drehfeldmaschine speist, besteht hierbei aus steuerbaren Ventilen in Drehstrom-Brückenschaltung, denen jeweils ein ungesteuertes Rücklaufventil gegenparallel geschaltet ist. Der Gleichstromsteller besteht aus einem steuerbaren Hauptventil und aus einer dem Hauptventil parallel geschalteten löscheinrichtung, weiche die Reihenschaltung eines Löschkondensators mit einem steuerbaren Löschventil «nd mit einer Kommutierungsdrossel umfaßt Der Löschkondensator ist in Reihe mit der Kommutierungsund einem steuerbaren Nachladeventil, das η mit dem Hauptventil gezündet wird, die beiden Eingänge des ersten Stromrichters geschaltet. Der Gleichstromsteller wird hierbei als Kommutierungsschaltung für die steuerbaren Ventile des ersten Stromrichters verwendet. Wird sein Hauptventil durch Zünden des Löschventils gelöscht, so wird die Eingangsspannung des ersten Stromrichters zu Null, in den gerade stromführenden Ventilen

Lös
drossel

drehzahleinstellbaren Antrieb mit einer Drehfeldmaschine, geeignet sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost,

daß als zweiter steuerbarer Stromrichter ein Gleicnstromsteller vorgesehen ist, der aus einem steuerbaren

Hauptventil und aus einer dem Hauptventil paraUei

geschalteten Löscheinrichtung besteht, welche die

Reihenschaltung eines Löschkondensators mit einem

steuerbaren Löschventil umfaßt, und daß der Loscnkon-

densator des Gleichstromstellers oder die Glattungs-

drossel gleichzeitig auch als Löschkondensator bzw.

Löschdrossel für die Summenlöschung der steuerbaren

Ventile des ersten Stromrichters vorgesehen .st,

Löschkondensator oder Glättungsdrossel dienen h.erbei als Energiespeicher.

Ausgehend von dem Grundgedanken, zur Summenloschung den Gleichstromsteller ^h™™™£"·^™ insbesondere so vorgegangen werden daß de Losch kondensator innerhalb des Gleichstromsdie s :so >o angeordnet ist, daß sein e.ner Belag *rekt m.t dem einen Eingang des ersten Stromrichter* verbundenst und daß sein anderer Belag über ™ *™^β*^3Γ« Hilfsventil derart an J^^^ Stromrichter·, angeschlossen .st. daß bei jS >₅ Hilfsventil die Spannung des umgeladenen densators als Sperrspannung an de ^ ^s Ventilen des ersten Stronindners heg . Bei^dieser Kommutierungsschaltung hegt nach Jem fanden des steuerbaren Löschvent.h; und de s ste uerbaren!H, lsven

den Gleichstromsteller nicht als Kommu- wird eine Summen loschung

arbeiten, ist es auch bekannt, im Zw.schenkre.s eine besondere Kommutierungseinnchtung anzuordnen, die _Eur Summenlöschung der steuerbaren Ventile des ersten Stromrichters herangezogen wird (DT-OS 16 13 774). Wollte man in entsprechender Weise bei einem Zwischenkreis-Umrichter, der mit eingeprägtem Gleichstrom im Gleichstrom-Zw.schenkreis arbeitet. vorgehen, so würde das einen erheblichen Aufwand an Bauelementen und Steuereinrichtungen erfordern.

Gleichstromsteller sind in verschiedenen Ausfu^ rungsformen bekannt (DT-OS 1180 833. DTPb A der vorliegenden Erfindung ist es. in einem

schenkreis mit Glättungsdrossel und eingeprägtem Zwischenkreis-Gleichstrom an einen zweiten steuerb.-ren Stromrichter angeschlossen ist, als zweiten Steuerbaren Stromrichter einen solchen mit geringem Aufwand auszuwählen und für den ersten Stromrichter eine Kommutierungsschaltung anzugeben d.e zuverU«- q des ^
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Invent« des G.eichstromste!-

lers, als auch Zündimpulse für die steuerbaren Ventile des ersten Stromrichters und das Hilfsventil abgibt, und die mit einem das Einschaltverhältnis des Gleichstromstellers bestimmenden Steuersignal und zusätzlich auch von einem Frequenzgeber her mit einem Frequenzsteuersignal beaufschlagt ist, das die p-fache Ausgangsfrequenz des ersten Stromrichters besitzt.

Bevorzugte Ausführungsformen dieser Steuereinrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von 19 Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Zwischenkreis-Umrichter mit einer bevorzugten Ausführungsform einer Kommutierungsschaltung für den ersten Stromrichter,

Fig.2 bis 18 Zeildiagramme von Zündimpulsen verschiedener Ventile und von Signalen der Steuereinrichtung und

Fig. 19 eine Ausführungsform einer Steuereinrichtung.

Nach Fig. 1 ist eine dreiphasige Last 2 an einen 6-pulsigen ersten Stromrichter 3 angeschlossen. Es gilt also p=6. Als Last 2 ist insbesondere eine Drehfeldmaschine vorgesehen. Dabei kann es sich sowohl um eine Synchronmaschine als auch um eine Asynchronmaschine handeln, die beispielsweise zum Antrieb eines Fahrzeugs verwendet wird. Der erste Stromrichter 3 enthält sechs steuerbare Ventile 4 bis 9, insbesondere Thyristoren, in Drehstrom-Brückenschaltung. Zur Ansteuerung dieser Ventile 4 bis 9 ist ein Impulsverstärker 10 vorgesehen, der mit Zündimpulsen ρ 10 beaufschlagt ist. Rücklaufventile werden im Stromrichter nicht benötigt. Die sonst übliche besondere Kommutierungseinrichtung mit einer Anzahl von steuerbaren oder ungesteuerten Ventilen und Kommutierungskondensatoren entfällt.

An den beiden Eingängen 11 und 12 des ersten Stromrichters 3 liegt eine veränderliche Eingangsgleichspannung U 2. Die beiden Eingänge 11 und 12 sind über eine positive Verbindur.gsleitung 13 bzw. eine negative Verbindungsleitung 14 mit den beiden Polen einer Gleichspannungsquelle 15 verbunden. Diese Gleichspannungsquelle 15 gibt an ihren Ausgangsklemmen, zwischen die vorzugsweise noch ein Glättungskondensator 16 geschaltet ist. eine Ausgangsgleichspannung U1 ab. die z. B. 500 V betragen kann. Als Gleichspannungsquelle 15 dient hier ein Netzgleichrichter mit ungesteuerten Ventilen 17 bis 22 in Drehstrom-Brükkenschahung. Der Netzgleichrichter ist an ein Drehstromnetz 23 mit den Phasenleitern R. S. Γ angeschlossen. Der Zwischenkreis-Umrichter arbeitet mit einem guten Leistungsfaktor am Drehstromnetz 23.

In der positiven Verbindungsleitung 13 liegt zwischen dem positiven Ausgang der Gleichspannungsquelle 15 und dem Eingang 11 des ersten Stromrichters 3 als zweiter Stromrichter ein Gleichstromsteller 24. In der negativen Verbindungsleitung 14 liegt zwischen dem Eingang 12 d~s ersten Stromrichters 3 und dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle 15 eine Glättungsdrossel 25. Es ist wichtig, daß der Gleichstromsteller 24 in der einen und die Glättungsdrossel 25 in der anderen der Verbindungsleitungen 13, 14 angeordnet ist

Zur Messung des Stroms in der Glättungsdrossel 25 ist noch ein Stromwandler 26 vorgesehen. Ein ungesteuenes Freilaufventil 27 verbindet in Sperrichtung die negative Verbindungsleitung 14 mit der oositiven Verbindungsleitung 13. Es ist so angeordnet.

daß es in Reihe mit der Glättungsdrossel 25 zwischen die beiden Eingänge 12 und 11 des ersten Stromrichters 3 geschaltet ist.

Bestandteil des Gleichstromstellers 24 ist ein steuerbares Hauptventil 30, insbesondere ein Thyristor, das in Reihe zu einer Drosselspule 31, die zur Begrenzung des Siromanstiegs im Hauptventil 30 vorgesehen ist, zwischen den positiven Pol der Gleichspannungsquelle 15 und den Eingang 11 des

ίο Stromrichters 3 geschaltet ist. Der Gleichstromsteller 24 umfaßt weiter eine Löscheinrichtung, die der Reihenschaltung aus Hauptventil 30 und Drosselspule 31 parallel geschaltet ist. Mit ihrer Hilfe kann das Hauptventil 30 wieder gelöscht werden. Sie besteht aus

ij der Reihenschaltung eines Löschkondensators 32 mit einem steuerbaren Löschventil 33. Die Anode des Löschventils 33 ist hier direkt mit der Anode des steuerbaren Hauptventils 30 verbunden. Der Löschkondensator 32 ist mit dem Gleichstrom-Zwischenkreis zugewandt. Dem Löschventil 33 ist die Serienschaltung aus einem ungesteuerten Umsehwingventil 34 mit einer

I Jmschwingdrossel 35 gegenparallel geschaltet. Der Reihenschaltung aus Hauptventil 30 und Drosselspule 31 ist weiterhin eine Serienschaltung gegenparallel geschaltet, die aus einem in Sperrichtung des Hauptventils 30 gepolten ungesteuerten Rückschwingventil 36 und einer Rückschwingdrossel 37 besteht. Das ungesteuerte Freilaufventil 27 übernimmt den Laststrom während der stromlosen Pausen des Hauptventils 30.

Weiterhin ist ein steuerbares Hilfsventil 38 vorgesehen. Dieses Hilfsventil 38, das insbesondere ein Thyristor sein kann, ist in Reihe zum steuerbaren Löschventil 33 des Gleichstromstellers 24 angeordnet. Es ist mit seiner Kathode an denjenigen der beiden

3S Eingänge 11, 12 des ersten Stromrichters 3 geschaltet, an dem die Glättungsdrossel 25 liegt, im vorliegenden Fall also an den Eingang 12.

Es sei erwähnt, daß der Gleichstromsteller 24 auch in der negativen Verbindungsleitung 14 und die Glättungsdrossel 25 in der positiven Verbindungsleitung 13 angeordnet sein können. In diesem Fall ist das steuerbare Hilfsventil 38 mit seiner Anode am Eingang

II und mit seiner Kathode an der Anode des Löschventils 33 anzuschließen.

Zur Bildung und Abgabe von Zündimpulsen an sämtliche steuerbaren Ventile 4 bis 9, 30, 33 und 38 ist eine Steuereinrichtung 40 vorgesehen. Diese Steuereinrichtung 40 liefert über einen Impulsverstärker 41 Zündimpulse ρ 30 an das Hauptventil 30. über einen Impulsverstärker 42 Zündimpulse ρ 33 an das Löschven til 33 und über einen Impulsverstärker 43 Zündimpulse ρ 38 an das Hilfsventil 38. Gleichzeitig liefert es auch über p=6 Kanäle Zündimpulse ρ 10 an den Impulsverstärker 10: dieser gibt bei einer Ausgangsfrequenz von 50 Hz insgesamt 300 Impulse pro Sekunde z. B. als Zündimpulse ρ 7 an das Ventil 7 ab.

An den Frequenzsteuereingang der Steuereinrichtung 40 ist ein Frequenzgeber 44 angeschlossen, der ein Frequenzsteuersignal f abgibt. Dieses Frequenzsteuerte signal /"besitzt eine Frequenz, die gleich dem p-fachen der gewünschten Ausgangsfrequenz des ersten Stromrichters 3 ist. Bei einer gewünschten Ausgangsfrequenz von z. B. 50 Hz liefert der Frequenzgeber 44 als Frequenzsteuersignal f also 300 Impulse pro Sekunde. falls p=6 gilt und ein 6-pulsiger Stromrichter 3 vorliegt. Bevorzugt ist die Frequenz des Frequenzsteuersignals f einstellbar. Dazu dient eine Frequenzsteuerspannung ui. die beispielsweise an einem (nicht gezeigten) Potentio-

meter abgegriffen oder in einem Regelkreis gebildet ist. Als Frequenzgeber kann z. B. ein Spannungs-Frequenz-Umsetzer vorgesehen sein.

Dem Steuereingang der Steuereinrichtung 40 ist ein ein Steuersignal ν abgebender Stromregler 48 mit Vergleicher 49 vorgeschaltet. Der Vergleicher 49 wird einerseits vom Istwert des Stroms ι in der Glättungsdrossel 25, der durch den Stromwandler 26 ermittelt wird, und andererseits von einem Sollwert ;* beaufschlagt, der von einem einstellbaren Sollwertgeber 50 abgegeben wird. Als Sollwertgeber 50 ist im vorliegenden Fall ein Potentiometer vorgesehen. Abweichend davon kann der Sollwert /* auch von einem übergeordneten Regelkreis abgegeben werden. Der Regelkreis sorgt dafür, daß der Istwert / dem Sollwert /* nachgeführt wird. Das geschieht dadurch, daß das Einschaltverhältnis des Gleichstromstellers 24 in Abhängigkeit von der Regelabweichung (i—i*) verändert wird.

Bezüglich der Wirkungsweise des in F i g. 1 dargestellten Zwischenkreis-Umrichters muß man drei Betriebsfälle unterscheiden.

Betriebsfall 1

Das Hilfsventil 38 erhält einige Zeit lang keinen Zündimpuls ρ 38 und bleibt gesperrt. Eine Summenlöschung der Ventile 4 bis 9 findet also nicht statt. Der Gleichstromsteller 24 wird dann in der üblichen Weise betrieben:

Betrachtet wird zunächst ein Zustand, bei dem das Hauptventil 30 des Gleichstromstellers 24 und die steuerbaren Ventile 6 und 7 des Stromrichters 3 eezündet sind. Der Zwischenkreis-Gleichstrom /=/ fließt dann aufdem Wege 15-30-31-13-11-7-2- 6-12-25-26—14-15. Der Löschkondensator 32 ist dabei mit umgekehrter Polarität wie eingezeichnet etwa auf die Höhe der Gleichspannung Ui aufgeladen.

Soll nun der Zwischenkreis-Gleichstrom / vom Hauptventil 30 auf das Freilaufventil 27 kommutiert werden, so erhält das Löschventil 33 einen Zündimpuls ρ 33. Der Gleichstrom / geht sofort auf das nun gezündete Löschventil 33 über. Anschließend erfolgt ein Umschwingvorgang. bei dem sich der Löschkondensator 32 auf dem Wege über die Rückschwingdrossel 37 und das Rückschwingventil 36 sowie das Löschventil 33 umlädt, bis er im umgeladenen Zustand und bei eingezeichneter Polarität etwa die Höhe der Gleichspannung Ui erreicht hat. Das Hauptventil 30 wird dabei gelöscht In dem Augenblick, in dem die Spannung am umgeladenen Löschkondensator 32 den Wert der so Gleichspannung U1 erreicht hat geht der Gleichstrom /=;auf das Freilauf ventil 27 über. Der Gleichstrom /=/ fließt jetzt auf dem Wege 11-7-2-6-12-25- 26—27. Der Gleichstromsteller 24 ist gesperrt, und der umgeladene Löschkondensator 32 besitzt jetzt die eingezeichnete Polarität.

Soll der Gleichstromsteller 24 wieder durchgeschaltet werden, so wird das Hauptventil 30 wieder durch einen Zündimpuls ρ 30 gezündet. Dadurch geht der Gleichstrom /sofort vom Freilaufventil 27 auf das Haupt ventil *o 30 über. Außerdem findet im Gleichstromsteller 24 ein Umschwingvorgang statt, bei dem sich der Löschkondensator 32 über die Umschwingdrossel 35. das Umschwingventil 34. das Hauptventil 30 und die Drosselspule 31 umlädt, bis seine Spannung wieder — ** mit umgekehrter Polarität wie eingezeichnet — annähernd die Höhe der Gleichspannung U1 erreicht hat. Damit ist der vorausgesetzte Ausgangszustand wieder erreicht

Bei niederer Ausgangsfrequenz des Stromrichters 3 kann sich die Kommutierung vom Hauptventil 30 auf das Freilaufventil 27 und zurück, einige Male wiederholen, bis der nächste Zündimpuls ρ 38 an das Hilfsventil 38 kommt und eine Kommutierung im Stromrichter 3 eingeleitet wird. Auf diese Weise wird zwischen zwei Zündimpulsen ρ 38 der Mittelwert des Gleichstroms / = /' im Gleichstrom-Zwischenkreis eingestellt und auf dem vorgegebenen Sollwert ;* festgehalten. Eine Kommutierung von einem der Ventile 4 bis 9 auf ein anderes findet dabei nicht statt.

Betriebsfall 2

Das Hilfsventil 38 erhält bei diesem Betriebsfall zusammen mit dem Löschventil 33 einen Zündimpuls ρ 38. Hierdurch wird die Kommutierung im Stromrichter 3 eingeleitet.

Betrachtet wird zunächst ein Ausgangszustand, bei dem sich der Gleichstromsteller 24 im gesperrten Zustand befindet. Der Löschkondensator 32 ist dabei etwa auf die Gleichspannung L/l mit der eingezeichneten Polarität umgeladen, und das Freilaufventil 27 führt den z. B. über die beiden gezündeten Ventile 6 und 7 fließenden Gleichstrom I = i.

Die Kommutierung des Gleichstroms / auf die nächste Phase der Last 2 wird dadurch eingeleitet, daß in diesem gesperrten Zustand des Gleichstromstellers

24 zunächst die beiden Ventile 33 und 38 durch einen Zündimpuls ρ 33 bzw. ρ 38 gleichzeitig gezündet werden. Dadurch kann vom positiven Pol der Gleichspannungsquelle 15 ein Strom über das Löschventil 33, das Hilfsventil 38, den Eingang 12, die Giättungsdrossei 25, den Gleichstromwandler 26 zum negativen Pol der Gleichspannungsquelle 15 fließen. Bei diesem Zündzustand liegt die gesamte Gleichspannung U1 der Gleichspannungsquelle 15 an der Giättungsdrossei 25. Dadurch ist über das Freilaufventil 27 die volle Gleichspannung U1 der als Löschdrossel wirkenden Giättungsdrossei 25 an die Eingänge 12, 11 des Stromrichters 3 und damit in Sperrichtung an die Ventile 4 bis 9 gelegL Die an der Giättungsdrossei 25 liegende Gleichspannung Ui übernimmt hierbei die Funktion einer Kommutierungsspannung. Die Gleichspannung U1 liegt gleichzeitig auch am Löschkondensator 32, der den Eingängen 11,12 in Sperrichtung der Ventile 4 bis 9 parallel geschaltet ist. Der Löschkondensator 32 dient dann gleichzeitig auch als Löschkondensator für den Stromrichter 3.

Die an der Reihenschaltung der Ventile 6,7 liegende Gegen- oder Kommutierungsspannimg baut den Gleichstrom / in der Last 2 gegen die Streuinduktivitäten der Last 2 ab. Der Gleichstrom / wird dabei sehr schnell zu Null, und die beiden steuerbaren Ventile 6 und 7 erlöschen. Es ergibt sich nach dem Nullwerden des Maschinenstroms ein Schaltzustand, bei dem der Stromrichter 3 stromlos ist und ein Gleichstrom / vom positiven Pol der Gleichspannungsquelle 15 über das Löschventil 33. das Hilfsventil 38. die Giättungsdrossei

25 und den Stromwandler 26 zum negativen Pol der Gleichspannungsquelle 15 fließt. Nun muß noch die Schonzeit für die steuerbaren Ventile 4 bis 9 des Stromrichters 3 abgewartet werden. Dann kann das Hauptventil 30 zusammen mit den in der Zündfolge folgenden Ventilen 6 und 8 des Stromrichters 3 gezündet werden.

Durch das Zünden des Hauptventils 30 wird der Ivöschkondensator 32. der zunächst noch die gezeigte

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Polarität besitzt, auf dem Wege 35-34-30—31 wieder rückgeladen. Die Kondensatorladung schwingt um. Mit dem Zünden des Hauptventils 30 geht der Gleichstrom i sofort auf das Hauptventil 30 über und das Löschventil 33 erlischt. Er fließt jetzt auf dem Wege 15-30—31 — 32—38—12—25—26—14—15. Bei dem soeben erwähnten Umschwingvorgang wird der Löschkondensator 32 auf dem Wege 35—34—30—31 auf etwa die Gleichspannung U\ rückgeladen; er nimmt die entgegengesetzte Poilarität wie eingezeichnet an. Der Gleichstrom / fließt weiter vom positiven Pol der Gleichspannungsquelle 15 über das Hauptventil 30, die Drosselspule 31, den Löschkondensator 32, das Hilfsventil 38, die Glättungsdrossel 25 und den Stromwandler 26 zum negativen Pol der Gleichspannungsquelle 15. Auf diesem Wege wird durch den Gleichstrom / der Löschkondensator 32 über den Wert der Gleichspannung Ui hinaus aufgeladen. Diese höhere Kondensatorspannung liegt jetzt in Durchlaßrichtung an den Ventilen 4 bis 9. Sie sorgt dafür, daß sich der Gleichstrom /und damit der Strom über die inzwischen neu gezündete Ventilkombination 8, 6 schnell wieder aufbaut.

In dem Maße, in dem sich der Gleichstrom /, der über das Ventil 8, die Last 2 und das Ventil 6 fließt, aufbaut, wird der durch das Hilfsventil 38 fließende Strom abgebaut. Nachdem dieser Strom zu Null geworden ist, ist ein Schaltzustand erreicht, bei dem der Gleichstrom /=/auf dem Wege 15-30-31-11-3-2-12-25-26—14—15 fließt. Als nächstes wird wieder das Löschventil 33 durch einen Zündimpuls ρ 33 gezündet, jetzt aber ohne gleichzeitige Zündung des Hilfsventil 38. Dann stellt sich der Schaltzustand, von dem bei der Schilderung des Betriebsfalls 2 ausgegangen wurde, wieder ein.

Es ist anzumerken, daß bei der dargestellten Kommutierungsschaltung mit einem Kommutierungsvorgang im Stromrichter 3 gleichzeitig immer im Gleichstromsteller 24 ein Umschaltvorgang vom gesperrten in den stromdurchlässigen Schaltzustand verbunden ist.

Betriebsfall 3

Die Betriebsfälle 1 und 2 können im Betrieb nacheinander auftreten (Betriebsfall 3). Das ist in den Fig.2 bis 18 beispielhaft dargestellt Bei niedrigen Ausgangsfrequenzen des Stromrichters 3 wird der Betriebsfall 1 bei einem bestimmten gezündeten Ventilpaar (z. B. den Ventilen 6, 7 des Stromrichters 3) mehrere Male eintreten. In dem Augenblick, in dem der Stromrichter 3 von einer Phase der Last 2 auf die nächste umgeschaltet werden soli, werden die Ventile 33, 38 dann gemeinsam gezündet Nach Abschluß der Summenlöschung wird das folgende Ventilpaar des Stromrichters 3 zusammen mit dem Hauptventil 30 gezündet

Es sei darauf hingewiesen, daß das Hilfsventil 38 auch in anderer Weise zur Summenlöschung der steuerbaren Ventile 4 bis 9 des Stromrichters 3 herangezogen werden kann. Dazu wird das Hilfsventil 38 in einem Zeitpunkt in dem der Löschkondensator 32 umgeladen ist und die gezeigte Polarität besitzt gezündet Die Zündung erfolgt also wiederum im gesperrten Zustand des Gleichstromstellers 24, allerdings erhält das Lösch ventil 33 keinen Zündimpuls. Nach dem Zünden des Hilfsventil 38 liegt die Spannung des umgeladenen Löschkondensators 32 als Sperrspannung an denjenigen Ventilen, die gerade den über das Freilaufvemil 27 fließenden Strom führen. Diese Ventile werden gelöscht

Aus den F i g. 2 bis 8 wird nochmals die Funktionsweise der Kommutierungsanordnung von F i g. 1 deutlich F i g. 2 zeigt für p=6 das Zündsignal ρ 10, aus dem nach Verstärkung die Zündimpulse für die Ventile 4 bis 9 gewonnen werden. In den F i g. 3 bis 5 sind die Zündimpulse ρ 7, ρ 6, ρ 8 für die Ventile 7, 6, 8 gezeigt Daraus ergibt sich, äaß zunächst die Ventile 6, 7 und dann die Ventile 6,8 gleichzeitig gezündet werden. Pro Periode Γ wird also ein Doppelimpuls gegeben. Die beiden Einzelimpulse sind durch einen Sicherheitsabstand s getrennt.

Im Diagramm von Fig. 6 sind die Zündimpulse ρ38 des Hilfsventil 38 eingetragen. Jeder dieser Zündimpulse ρ 38 leitet eine Summenlöschung der Ventile 4 bis 9 ein. Die Zündung des Hilfsventil 38 erfolgt jeweils in einem zeitlichen Abstand f3 vor der Zündung der Folgeventile.

Aus F i g. 7 wird deutlich, daß das Löschventil 33 zwei Arten von Löschimpulsen ρ 33 erhält. Dabei ist vorausgesetzt daß die Ausgangsfrequenz vergleichsweise hoch ist. Die eine oder synchrone Art von Zündimpulsen ρ 33 ist diejenige, die gleichzeitig mit den Zündimpulsen ρ 38 für das Hilfsventil 38 gegeben wird. Die andere oder einstellbare Art ist diejenige, die in Abhängigkeit vom Steuersignal ν einstellbar ist Zwischen zwei Zündimpulsen der ersten Art liegt im dargestellten Beispiel ein einziger Zündimpuls der zweiten Art. Die Einstellbarkeit der Zündimpulse ρ 33 der zweiten Art ist in Fig.7 durch den waagrechten Doppfeipfeil angedeutet Dieser reicht von einem Zeitpunkt der um die Zeitdauer f5 nach einem Zündzeitpunkt des Hauptventils 30 liegt, bis zu einem

Zeitpunkt, der um die Zeitdauer ί 2 vor dem nächsten Zündimpuls ρ 33 der synchronen Art liegt. Die Zündimpulse ρ30 für das Hauptventil 30 sind in Fig.8 gezeigt.

Das Bezugszeichen a bezeichnet darin die durch das Steuersignal ν einstellbare Stromführungsdauer oder

Einschaltdauer des Gleichstromstellers 24. Je größer die

Gleichspannung U2 in Fig. 1 ist desto größer ist die

Einschaltdauer a.

Als nächstes werden die Fig.9 bis 12 betrachtet

Diese entsprechen den F i g. 3, 6, 7 bzw. 8. Allerdings wird jetzt eine niedrigere Ausgangsfrequenz des ersten Stromrichters 3 zugrunde gelegt Sie beträgt etwa ein Viertel derjenigen Frequenz, von der in den F i g. 2 bis 8 ausgegangen wird. Zwischen zwei Zündimpulsen ρ 38,

die die Summeniöschung des Stromrichters 3 einleiten, gibt es jetzt eine Anzahl, die größer als 1 ist von Kommutierungen vom Hauptventil 30 auf das Freilaufventil 27, Aus F i g. 11 wird deutlich, daß im vorliegenden Beispiel jeweils vier sokher Kommutierungen zwischen zwei Zündimpulsen ρ 38 stattfinden. Mit abnehmender Ausgangsfrequenz nimmt die Anzahl der Kommutierungen zu. Mit a ist wieder die durch das Steuersignal ν einstellbare Einschaltdauer des Gleichstromsteller 24 bezeichnet Der Doppelpfeil in F i g. 11

w deutet die Einstellbarkeit an.

Fig. 19 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Steuereinrichtung 40 nach Fig. J. Die Steuereinrichtung 40 besteht danach aus fünf Zeitstufen 61 bis 65. einer Gedächtnisstufe 66 mit zwei NAND-Gliedern 67, 68,

⁶S einem NAND-Glied mit drei Eingängen 69, zwei NAND-Gliedern 70, 71 mit zwei Eingängen, einem Ringverteiler 72 und einer Anzahl von Umkehrstufen 81 bis 85. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß

entweder nur die Anstiegsflanken oder nur die Abfallflanken der einzelnen Signale in den Bauelementen 61 bis 65 Schaltvorgänge bewirken. Das ist auch der Grund, warum die einzelnen Umkehrstufen 81 bis 85 vorgesehen sind. Auf letztere braucht daher nicht näher eingegangen zu werden.

Nach Fig. 19 erhält die Zeitstufe 61 das Frequenzsteuersignal / zugeführt, dessen zeitlicher Verlauf in Fi^. 13 gezeigt ist Die Abfallflanken der einzelnen Impulse sind jeweils auf der Zeitachse durch einen senkrechten Strich markiert. Die Lage der Anstiegsflanken ist in diesem Zusammenhang nebensächlich. Die Zeitstufe 61 bildet aus dem Frequenzsteuersignal /ein in Fi g. 14 dargestelltes Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal besteht aus einzelnen Impulsen der Zeitdauer f 1, deren Anstiegsflanken mit den in Fig. 12 gezeigten Abfallflanken übereinstimmen. Die Zeitdauer 11 ist als Zeitverzögerung an der Zeitstufe 61 einstellbar. Die Zeitstufe 61 bewirkt, daß während der Zeitdauer 11 der Gleichstromsteller 24 nur vom durchgeschalteten in den gesperrten Zustand geschaltet werden kann, nicht umgekehrt. Bei maximaler Ausgangsfrequenz des Stromrichters 3, von der in den Fig.9 bis 17 nicht ausgegangen wird, wird die Zeitdauer 11 = k ■ T/p gewählt, wobei Γ die Periodendauer der Ausgangsfrequenz, ρ die Pulszahl des Stromrichters 3 und k ein Faktor sein kann, der bei etwa 0,7 bis 0,8 liegt.

Das Ausgangssignal der Zeitstufe 61 wird über die Umkehrstufe 81 der Zeitstufe 62 zugeführt. Diese bildet daraus ein Ausgangssignal, dessen Zeitverlauf in F i g. 15 gezeigt ist Daraus ist erkennbar, daß die Anstiegsflanke der einzelnen Impulse mit der Abfallflanke der Impulse in F i g. 14 zeitlich übereinstimmt und daß die Zeitdauer ti der einzelnen Impulse etwas kleiner ist als die Zeitdauer rl. Die an der Zeitstufe 62 eingestellte Zeitdauer r2 ist eine Sicherheitszeit. Sie wird etwas größer gewählt als die Zeit, die der Gleichstromsteller 24 zur Stromkommutierung vom Hauptventil 30 auf das Freilaufventil 27 benötigt Die Wirkung der Zeitstufe 62 ist die. daß der Gleichstromsteller 24. sofern er noch im durchgeschalteten, stromleitenden Zustand ist sich jeweils spätestens nach Ablauf der Zeitdauer f2 im gi sperrten Zustand befindet

Das Ausgangssignal der Zeitstufe 62 wird über die Umkehrstufe 82 auf den Eingang der Zeitstufe 63 gegeben. Die Verzögerungsdauer 13 dieser Zeitstufe 63 ist auf einen Wert eingestellt der sich aus der Schonzeit der Ventile 4 bis 9 des ersten Stromrichters 3 zuzüglich derjenigen Zeit ergibt in der der Gleichstrom /zu Null geworden ist Das Ausgangssignal der Zeitstufe 63 ist in seinem zeitlichen Verlauf in Fig. 16 dargestellt Die Anstiegsflanke der einzelnen Impulse in F i g. 16 stimmt zeitlich mit der Abfallflanke der Impulse in Fig. 15 überein. Dieses Ausgangssignal wird über die Umkehrstufe 83 auf den Eingang des Ringverteilers 72 gegeben. Der Ringverteiler 72 bildet in Abhängigkeit von den Abfallflanken der Impulse in Fig. 15 die Zündimpulse ρ 10 für die Ventile 4 bis 9 und verteilt sie auf die ρ Kanäle oder Zündleitut gen. Beispielsweise sind die Zündimpulse ρ 7 für das Ventil 7 in F i g. 9 dargestellt. Für p=6 handelt es sich dabei pro Periode T der Ausgangsfrequenz um zwei aufeinanderfolgende Impulse einer Länge von etwa 776, die durch den Sicherheitsabstand s voneinander getrennt sind.

Nach Fig. 19 wird das Ausgangssignal der Umkehrstufe 82 der Zeitstufe 64 zugeführt der die Umkehrstufe 85 nachgeschaltet ist Diese Zeitstufe 64 besitzt eine Verzögerungszeit /4. die im allgemeinen sehr kurz ist Die Verzögerungszeit ί 4 bestimmt die Zeitdauer, in der jeweils am Hilfsventil 38 und am Löschventil 33 ein Zündimpuls liegt Der Zeitverlauf des Ausgangssignals der Zeitstufe 64 ist in F i g. 17 dargestellt. Die Anstiegsflanke der einzelnen Kurzimpulse in Fig. 17 stimmt zeitlich mit der Abfallflanke der Impulse in F i g. 15 überein. Das in F i g. 17 dargestellte Ausgangssignal ist nach Invertierung das Zündsignal ρ 38 für das Hilfsventil 38, wie ein Vergleich mit F i g. 10 ergibt.

Für die weitere Betrachtung von Fig. 19 wird vorausgesetzt, daß der Stromregler 48 in F i g. 1 ein Grenzwertmelder mit Hysterese, also ein Zweipunktregler ist. Das ist im Block des Stromreglers 48 in F i g. 1 bereits symbolisch angedeutet Der Stromregler 48 sei dabei so aufgebaut, daß er ein 1-Signal abgibt, wenn der Stromistwert ; kleiner ist als der Stromsollwert /'*, und daß er ein 0-Signal abgibt wenn der Stromistwert / größer ist als der Stromsollwert Dieses 0-Signal soll dann dazu führen, daß der Gleichstromsteller 24 gesperrt wird, damit der Strom /abklingen kann.

Nach Fig. 19 wird das Steuersignal ν dem ersten Eingang der Gedächtnisstufe 66 zugeführt. Dem zweiten Eingang wird das in Fig. 14 gezeigte Ausgangssignal der Zeitstufe 61 zugeführt. Diese Gedächtnisstufe 66 ist in Form einer Flip-Flop-Schaltung aus den beiden NAND-Gliedern 67, 68 so aufgebaut, daß an ihrem Ausgang ein 1-Signal auftritt, wenn das Steuersignal ν ein 0-Signal und das andere Eingangssignal von der Zeitstufe 61 ein 1-Signal ist, und daß an ihrem Ausgang ein 0-Signal auftritt, wenn das Steuersignal ν ein 1 -Signal und das andere Eingangssignal ein 0-Signal ist Mit anderen Worten: Während der Zeit zwischen zwei Impulsen in Fig. 14 liefert der Ausgang der Gedächtnisstufe 66 das Inverse des Steuersignals ν und zwar ist der Cignalzustand abhängig von dem Stromistwert L Anders ausgedrückt: Während der Zeitdauer 11 der einzelnen Impulse in F i g. 14 1: ;gt am Ausgang der Gedächtnisstufe 66 entweder bereits ein 1 -Signal, dann bleibt dieser Signalzustand unabhängig vom Steuersignal ν erhalten, oder ein 0-Signal, dann springt das Ausgangssignal beim nächstfolgenden Wechsel des Steuersignals ν in den 1 -Zustand. Dieses 1-Signal entspricht dem gesperrten Zustand des Gleichstromstellers 24.

Infolge des weiteren Aufbaus der Steuereinrichtung 40 wird ein 1 -Signal am Ausgang der Gedächtnisstufe 66 zu einem Zündimpuls ρ 33 für das Löschventil 33 und ein 0-Signal zu einem Zündimpuls ρ 30 für das Hauptventil 30 weiterverarbeitet Demnach bewirkt die Gedächtnisstufe 65, daß der Gleichstromsteller 24 während der Zeitdauer 11 nur gesperrt, aber nicht durchgezündet werden kana

Das Ausgangssignal der Gedächtnisstufe 66 wird in den ersten Eingang des NAND-Gliedes 69 mit drei Eingängen geleitet Der zweite Eingang ist mit dem Ausgangssignal der Umkehrstufe 82 und der dritte Eingang mit dem Ausgangssignal der Umkehrstufe 83 beaufschlagt Das NAND-Glied sorgt dafür, daß der Gleichstromsteller 24 gesperrt ist wenn an einem der drei Eingänge ein 0-Signal auftritt In der Zeit (t 2 + r 3) kann also kein Zündimpuls ρ 30 für das Hauptventil 30 gebildet werden.

Der Ausgang des NAND-Gliedes 69 ist an den ersten Eingang des NAND-Gliedes 70 angeschlossen. Dessen zweiter Eingang ist über die Umkehrstufe 84 mit dem Ausgang der Zeitsttfe 65 verbanden, die wiederum eingangsseitig an dem Ausgang der Umkehrstufe 83 angeschlossen ist Die Verzögerungszeit r5 der

Zeitstufe 65 ist eine Sicherheitszeit. Sie berücksichtigt die Zeit, die zwischen den) Zünden des Hauptventils 30 (vgL Fig. 12) und dem Zeitpunkt liegt, zn dem das Hilfsventil 38 erlischt WJirend dieser Zeit f 5 ist der Gleichstromsteller 24 durchgeschaltet, und zwar unabhängig davon, ob das Steuersignal fein O-Signal oder 1-Signal ist

Der zeitliche Verlauf des Ausgangssignals der Ze^;tstufe 65 ist in Fig. 18 gezeigt Während der Zeitdauer 15 ist der Gleichstromsteller 24 durchgeschaltet Zwischen der Abfallflanke eines Impulses in F i g. 18 und der Anstiegsflankc des folgenden Impulses in F i g. 14 ist die Stromregelung voll wirksam.

Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 70 liefert bereits die Zündimpulse ρ 30 für das Hauptventil 30. Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 70 wird dem einen Eingang des NAND-Gliedes 71 zugeführt. Dessen anderer Eingang wird vom invertierten Ausgangssignal der Zeitstufe 64 beaufschlagt Am Ausgang dieses NAND-Gliedes 71 werden die Zündimpulse ρ 33 für das Löschventil 33 abgegriffen.

Die in F i g. 19 dargestellten logischen Verknüpfungsglieder werden bei der praktischen Realisierung zweckmäßigerweise mit dynamischen Eingangsstufen ausgerüstet die in der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber weggelassen sind. Diese dynamischen Eingangsstufen sorgen dafür, daß die Dauer der einzelnen Zündimpulse ρ 30, ρ 33 und ρ 38 auf einen einstellbaren Wert begrenzt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Komrnutierungsschaltung für einen an eine Last angeschlossenen p-pulsigen ersten Stromrichter mit steuerbaren Ventilen, der über einen Gleichstrom-Zwischenkreis mit Glättungsdrossel an einen von einer Gleichspannungsquelle gespeisten zweiten steuerbaren Stromrichter angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter steuerbarer Stromrichter ein Gleichstromsteller (24) vorgesehen ist, der aus einem steuerbaren Hauptventil (3G) und aus einer dem Hauptventil (30) parallel geschalteten Löscheinrichtung besteht, welche die Reihenschaltung eines Löschkondensators (32) mit einem steuerbaren Löschvtntil (33) umfaßt, und daß der Löschkondensator (32) des Gleichstromstellers (24) oder die Glättungsdrossel (25) gleichzeitig auch als Löschkondensator bzw. Löschdrossel für die Summenlöschung der steuerbaren Ventile (4 bis 9) des ersten Stromrichters (3) vorgesehen ist.

2. Kommutierungsschahung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Löschkondensator (32) innerhalb des Gleichstromstellers (24) so angeordnet ist, daß sein einer Belag direkt mit dem einen Eingang (11) des ersten Stromrichters (3) verbunden ist. und daß sein anderer Belag über ein steuerbares. Hilfsventil (38) derart an den anderen Eingang (12) des ersten Stromrichters (3) angeschlossen ist, daß bei gezündetem Hilfsventil (38) die Spannung des umgeladenen Löschkondensators (32) als Sperrspannung an den steuerbaren Ventilen (4 bis 9) des ersten Stromrichters (3) liegt.

3. Kommutierungsschahung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromsteller (24) in der einen Verbindungsleitung (13) und die Glättungsdrossel (25) in der anderen Verbindungsleitung (14) zwischen der Gleichspannungsquelle (15) und dem ersten Stromrichter (3) angeordnet ist. daß zwischen die beiden Eingänge (11,12) des ersten Stromrichters (3) die Reihenschaltung der Glättungsdrossel (25) mit einem in Sperrichtung gepolten Freilaufventil (27) geschaltet ist, daß die Taktfrequenz des Gleichstromstellers (24) mindestens p-fach so groß ist wie die Ausgangsfrequenz des ersten Stromrichters (3), wobei ρ die Pulszahl des ersten Stromrichters (3) ist, una daß das Hilfsventil (38) in Reihe mit dem steuerbaren Löschventil (33) des Gleichstromstellers (24) an denjenigen Eingang (12) des ersten Stromrichters (3). an dem die Glättungsdrossel (25) liegt, geschaltet ist, wobei Hilfsventil (38) und Löschventil (33) alle 360 el/p immer gleichzeitig zündbar sind.

4. Komrnutierungssrhaliung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daU als Hilfsventil (38) ein Thyristor vorgesehen ist.

5. Kommutierungsschaliung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Steuersatz, der Zündimpulüe für das Hauptventil und das Löschventil des Gleichstromstellers abgibt, und mit einem weiteren Steuersatz, der Zündimpulse für die steuerbaren Ventile des ersten Stromrichters abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündimpulse (p 30, ρ 33, ρ 10) teilweise miteinander synchronisiert und aus einem gemeinsamen Frequenzsteuersignal (Q abgeleitet sind.

6. Kommutierungsschaltung nach einem der

Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung sowohl der Zündimpulse (p 30, ρ 33) für das Hauptventil (30) und für das Löschventil (33) des Gleichstromstellers (24) als auch der Zündimpulse (p 10, ρ 38) für die steuerbaren Ventile (4 bis 9) des ersten Stromrichters (3) und für das Hilfsventil (38) eine gemeinsame Steuereinrichtung (40) vorgesehen ist, die mit einem das Einschaltverhältnis des Gleichstromstellers (24) bestimmenden Steuersignal ίο (v) und von einem Frequenzgeber (44) her mit einem Frequenzsteuersignal (Q von p-facher Ausgangsfrequenz des ersten Stromrichters (3) beaufschlagt ist.

7. Kommutierungsschahung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (v)zh

!5 binäres Signal in den einen Eingang einer Gedächtnisstufe (66) gegeben ist, deren anderer Eingang vom Ausgangssignal einer Zeitstufe (61) beaufschlagt ist, die an dem Frequenzgeber (44) angeschlossen ist.

8. Kommutierungsschahung nach Anspruch b oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgeber (44) über mindestens eine Zeitstufe (61,62,63) an einen Ringverteiler (72) angeschlossen ist. der die Zündimpulse (p 10) für die Ventile (4 bis 9) des ersten Stromrichters (3) liefert.