DE2461191B2 - Aus vier gesteuerten gleichrichterventilen aufgebaute einphasen-brueckenschaltung zum wahlweisen betrieb als wechselstrom-gleichstrom-umformer oder als gleichstromzerhacker - Google Patents

Aus vier gesteuerten gleichrichterventilen aufgebaute einphasen-brueckenschaltung zum wahlweisen betrieb als wechselstrom-gleichstrom-umformer oder als gleichstromzerhacker

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Description

Aus der FR-PS 15 50 670 ist bereits eine Einphasen-Brückenschaltung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art bekannt. Diese besteht aus vier Thyristoren, denen im Gleichstromzcrhackerbetricb einzeln, in Gruppen oder gemeinsam eine Löschschaltung zugeordnet werden muß. Es wird daher zur Kommutierung wenigstens ein zusätzlicher Thyristör benötigt.
Der gleiche Aufwand ist auch bei den aus den DT-AS 12 64 595 und 15 63 962 bekannten Einphasen-Brückenschaltungen erforderlich. Die Verwendung bereits für die Wechselstrom-Gleichstrom-Umformung erforderlieher Thyristoren als Löschthyristoren für den Betrieb als Gleichstromzerhacker lehrt zwar die DT-AS 19 22 093. Dort ist aber ein erheblicher zusätzlicher Aufwand an ungesteuerten Dioden notwendig. Außerdem betreffen die genannten DT-AS im Gegensatz zum Ausgangspunkt der Erfindung halbgesteuerte und nicht (in allen vier Brückenzweigen) vollgesteuerte Einphasen-Brückenschaltungen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einphasen-Brückenschalturig zum wahlweisen Betrieb als Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer oder als Gleichstromzerhacker gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, die in beiden Betriebsarten mit der gleichen Anzahl von Thyristoren auskommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst.
Bei der erfindungs£;emäßen Einphasen-Brückenschallung dient im Gleichstromzerhackerbetrieb einer der Gleichstrompfade der Brückenschaltung zur Stromzufuhr zur Belastung, während der andere Gleichstrompfad als Löschkreis dient. Es braucht daher bei der erfindunesaemäßen Schaltung für diese Betriebsart kein zusätzlicher Thyristor vorgesehen zu werden.
Ene bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einphasen-Brückenschaltung ist Gegenstand des Unteranspruchs 2, wobei es aus »Deutsche Eisenbahntechnik« 19 (1971), S. 117, Bild 1 an sich bekannt ist einem Gleichstromzerhacker eine Umschwingdiode parallelzuschalten.
Der der Erfindung zugrunde liegende Stand der Technik, Ausführungsbeispiele der Erfindung und ein Anwendungsbeispiel werden anhand der Zeichnungen näher erläutert
F i g. 1 zeigt ein Schaltbild eines Gleichstromzerhakkers gemäß dem Stand der Technik.
Fig.2 zeigt ein Schaltbild eines Wechselstrom-Gleichstrom-Umformers gemäß dem Stand der Technik.
Fig.3 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Einphasenbrückenschaltung zum Wahlweisen Betrieb als Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer oder als Gleichstromzerhacker.
Fig.4 zeigt ein Schaltbild von einem Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Umformers bei einem Wechselstrom-Gleichstrom-Triebfahrzeug.
Fig. 5 zeigt ein Schaltbild von einer abgewandelten Ausführungsform des in F i g. 3 dargestellten Umformers.
Fig. 6 zeigt ein Prinzip-Schaltbild des in Fig. 5 dargestellten Umformers bei einer Verwendung desselben als Gleichstromzerhacker.
F i g. 7 zeigt ein Schaltbild des in F i g. 5 dargestellten Umformers bei einer Verwendung als Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer.
In Fig. 1 erfolgt eine Stromzufuhr von einer Gleichspannungsquelle DC zu einem Verbraucher Z über einen Gleichstromzerhacker gemäß dem Stand der Technik zur Steuerung der Stromzufuhr. Der Gleichstromzerhacker führt die erwünschte Gleichstrom-Gleichstromumformung der von der Gleichspannungsquelle DC zugeführten Gleichspannung durch. Man erkennt aus Fig. 1, daß dieser Gleichstromzerhakker einen Hauptthyristor MS, einen Löschthyristor AS, eine Umschwingdrossel L einen Löschkondensator C sowie ein ungesteuertes Gleichrichterventil Denthält.
Der Hauptthyristor MS wird zuerst eingeschaltet, um das Fließen eines Hauptstroms von der Gleichspannungsquelle DC zu dem Verbraucher Z zu erlauben. Anschließend wird der Hilfsthyristor AS eingeschaltet, um eine elektrische Schwingung der Umschwingdrossel L und des Löschkondensators Czu bewirken, so daß der Hauptthyristor MS abgeschaltet wird. Hierdurch wird die Zeitdauer, während der der Hauptstrom fließt, gesteuert. Der von der Gleichspannungsquelle DC zu dem Verbraucher Z fließende Strom wird hierdurch in geeigneter Weise durchgelassen und unterbrochen, so daß der Mittelwert des von der Spannungsquelle DC dem Verbraucher Z zugeführten Stromes gesteuert werden kann. Der Gleichstromzerhacker G ist mit der Gleichspannungsquelle DC und dem Verbraucher Z über einen positiven und einen negativen Anschluß I und N verbunden.
In Fig.2 wird ein Strom von einer Wechselspannungsquelle AC einem Verbraucher Z über eine Einphasen-Brückenschaltung B zugeführt, die aus viei gesteuerten Gleichrichterventilen MS\ bis MSt aufgebaut ist. Die Einphasen-Brückenschaltung B führt dit erwünschte Wechselstrom-Gleichstromumformung dei von der Wechselspannungsquelle AC zugeführtei Wechselstroms durch. Bei dieser Schaltung wird di(
Phasenlage der Zündimpulse der Thyristoren MS, bis &<& so gesteuert, daß der von der Spannungsquelle AC dem Verbraucher Z zugeführte Strom gesteuert wird. Die Einphasen-Brückenschaltung ist mit dem Verbraucher Z über einen positiven und einen negativen Anschluß P und N verbunden. Sie ist des weiteren mit der Wechselspannungsquelle AC über ein Paar von Wechselspannungsanschlüssen Xund Vverbunden.
Aufbauend auf diesem Stand der Technik schafft die vorliegende Erfindung einen Universalumformer, der als einzige Einheit die beiden Funktionen einer Gleichstrom-Gleichstromumformereinheit und einer Wechselstrom-Gleichstromumformereinheit aufweist, so daß er sowohl mit einer Gleichspannungsquelle als auch mit einer Wechselspannungsquelle betrieben werden kann.
F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umformers VR. Der Umformer VR enthält, wie aus Fig. 3 hervorgeht, vier gesteuerte Gleichrichterventile (Thyristoren): ein Paar von in Reihe geschalteten Thyristoren MSi und MS2. sowie ein Paar von in Reihe geschalteten Hilfsthyristoren ASy und AS2. Der Verbindungspunkt in der Reihenschaltung /wischen den beiden Thyristoren MSi und MS2 liefert einen Wechselstromanschluß A. der Verbindungspunkt der Reihenschaltung aus den Hilfsthyrisioren AS\ und AS1 einen weiteren Wechselstromanschluß V. Die Reihenschaltung aus dem Paar der Hauptthyristoren ist parallel /u der Reihenschaltung aus dem Paar der Hilfsthyristoien geschaltet, wobei zwischen die Parallelschaltung aus den Reihenschaltungen der Thyristoren das aus der F i g. 1 schon bekannte ungesteuerte Gleichrichterventil D geschaltet ist. Die Verbindungspunkte, an denen die beiden Reihenschaltungen aus den Thyristoren parallel verbunden sind, liefert ein Paar von Gleichstroman-Schlüssen, d. h. einen positiven Anschluß P und einen negativen Anschluß N, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Eine Reihenschaltung aus einer Umschwingdrossel L und einem Löschkondensator C ist parallel zu diesen beiden Reihenschaltungen aus den Thyristoren geschaltet.
Bei dem Betrieb dieses Umformers VR in einem Gleichstrom-Gleichstrombetrieb ist der Umformer über die Gleichstromanschlüsse P und N mit einer Gleichspannungsquelle DC und einem Verbraucher Z in einer Weise \ crbunden, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist. Die Wechselspannungsanschlüsse X und Y bleiben dabei offen. Der Umformer VR weist in diesem Zustand die Schaltungsstruktur eines Gleichstromzerhackers auf. bei dem die Hauptthyristoren MSi, MS2 und die Hilfsthyristoren AS\, AS2 jeweils in Reihe zueinander geschaltet sind. Es werden daher in dem als Zerhacker wirkenden Umformer VR die Hauptthyristoren MSi und MS2 gleichzeitig eingeschaltet, so daß ein Hauptstrom aus der Gleichspannungsquelle DC zu dem Verbraucher Z über den negativen und den positiven Anschluß N und Pfließen kann, wobei die Hilfsthyristoren ASi und AS2 dann als Löschthyristoren dienen, d. h. anschließend eingeschaltet werden, so daß eine elektrische Schwingung der Umschwingdrossel L und des 1-öschkondensators C entsteht, wodurch die Hauptthyristoren MSi und MS2 abgeschaltet werden, so daß der Hauptstrom unterbrochen wird.
Wenn andererseits ein Wechselstrom-Gleichstrombetrieb durchgeführt wird, ist der Umformer VR über die Wechselstromanschliisse X und Y mit einer Wechselspannungsquelle ACund über die Gleichstromanschlüsse P und N mit einem Verbraucher Z in einer
Weise verbunden, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist Der Umformer VR weist in diesem Zustand die Struktur einer Einphasen-Brückenschaltung auf. Der zwischen dem negativen Anschluß N und dem positiven Anschluß P fließende Hauptstrom kann daher gesteuert werden, indem man in bekannter Weise abwechselnd die Phasenlage der zu dem Tor von iedem der vier Thyristoren MSj, M5j, AS\ und AS2 angelegten Zündimpulse verändert In diesem Fall kann dei Umformer VR natürlich als Gleichrichter oder als Wechselrichter betrieben werden, indem man die Phasenlage der Zündimpulse entsprechend auswählt. Die Umschwingdrossel L und der Löschkondensator C dienen zur Glättung bei dieser speziellen Anwendung.
F i g. 4 zeigt eine Anwendung des er'indungsgemäßen Universalumformers auf ein Wechselstrom-Gleichstrom-Triebfahr/eug, das so ausgebildet ist, daß es sowohl in einem wechselstromversorgten Abschnitt als auch in einem gleichstromversorgten Abschnitt eines elektrifizierten Eisenbahnsystems betrieben werden kann. Die in Fig. 4 dargestellte Hauptstromschaltung enthält einen Scherenstromabnehmer PAN. einen Druckluftschalter ABB. Schaltkontakte CSA,. CSA2 und CSD eine:. Wechselstrom-Gleichstrom-Umschalters, einen Überstromschalter LB. einen Fahrmotoranker M. ^ine Fahrmotorfeldwicklung MF. eine Glättungsdrossel MSL. eine Freilaufdiode DF, einen Haupttransformator TR mit einer Primärwicklung PW und einer Sekundärwicklung SlVsowie den Universalumformer VR, dessen Aufbau in F i g. 3 dargestellt ist.
In einem Abschnitt von einem elektrifizierten Fisenbahnsystem, bei dem der Fahrdraht mit einer Gleichspannung versorgt wird, sind die Schaltkontakte CSAi und CSA2 des Wechselstrom-Gleichstromumschalters geöffnet, während der Schaltkontakt CSD des Wechselstrom-Gleichstromumschalters geschlossen ist. Dies bewirkt zusammen mit einer entsprechenden Schaltung der Steuereinrichtung für die Thyristoren, daß der Umformer VR als Gleichstromzerhacker wirkt. Wenn dann der Druckluftschalter ABB sowie der Überstromschalter LB geschlossen sind, wird der Fahrmotor in dem Triebfahrzeug mit Gleichstrom gespeist, der von dem Fahrdraht über den Scherenstromabnehmer PAN. den Druckluftschalter ABB. den Schaltkontakt CSD des Wechselstrom-Gleichstromumschalters, den Überstromschalter LB. den Fahrmotoranker M, die Fahrmotorfeldwicklung MF. die Glättungsdrossel MSL und den Umformer VR zur Erde fließt. Die Geschwindigkeitssteuerung des Triebfahrzeugs wird durch die Steuerung der Arbeitsphase der Steuerimpulse für den Umformer VR bewirkt, der als Gleichstromzerhacker arbeitet, so daß die dem Fahrmotor zugeführte Spannung verändert wird. Die Freilaufdiode DFist derart angebracht, daß der Strom im Fahrmotor auch dann fließen kann, wenn der Zerhacker in dem nichtleitenden Zustand ist.
In einem Abschnitt eines elektrifizierten Eisenbahnsystems, bei dem der Fahrdraht mit einer Wechselspannung versorgt wird, ist andererseits der Schahkontakt CSD des Wechselstrom-Gleichstromumschalters geöffnet, während die Schaltkontakte CSAi und CSA2 geschlossen sind. Gleichzeitig wird die Steuereinrichtung für die Thyristoren so geschaltet, daß der Umformer VR nunmehr als Wechselstrom Gleichstrom-Umformer arbeiten kann. Wenn dann der Druckluftschalter Aßßund der ÜberstiOmschalter LB geschlossen werden, fließt ein Wechselstrom von dem Fahrdraht zu der Primärwicklung PW des Haupttrans-
formators TR. Die in der Sekundärwicklung SW des Haupttransformators TR induzierte Wechselspannung speist den Fahrmotor über den als Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer wirkenden Umformer VR. Die Geschwindigkeit des Triebfahrzeugs wird durch eine Phasensteuerung im Umformer VRgesteuert.
Die in Fig.5 dargestellte Ausführungsform ist eine Abwandlung der Grundausführungsform, die in F i g. 3 dargestellt ist. Bei einer Schaltung von Fig.5 ist ein Schalter SA für einen Wechselstrombetrieb parallel zu einem ungesteuerten Gleichrichterventil D\ (das dem Ventil D in Fig.3 entspricht) geschaltet. Eine Umschwingdiode D2 ist über einen Gleichstrombetriebsschalter SD parallel zu der Reihenschaltung aus den Hauptthyristoren MSi und MSi geschaltet.
Bei einem Gleichstrom-Gleichstrombetrieb des Umformers ist der Schalter SA geöffnet, während der Schalter SD geschlossen ist, so daß eine Gleichstromzerhacker-Schaltung entsteht, wie dies in F i g. 6 dargestellt ist. Zuerst werden die HauptthyristorenAfSi und MS2 eingeschaltet, so daß ein Hauptstrom von dem negativen Anschluß N zu dem positiven Anschluß P fließen kann. Anschließend werden die als Löschthyristoren arbeitenden Hilfsthyristoren AS\ und AS: eingeschaltet, so daß eine elektrische Schwingung der Umschwingdrossel L und des Löschkondensators C entsteht, welche die Hauptthyristoren MSi und MSi abschaltet. Wenn die Hauptthyristoren MS, und MS2 in einen nichtleitenden Zustand gebracht sind, wird die in
dem Löschkondensatui C gespeicherte Löschenergie entladen, was über einen Stroniwcg erfolgt, der von dem Löschkondensator C über die Umschwingdiode D2, die Diode D], die Umschwingdrossel L /u dem Löschkondensator C führt, so daß die Löschenergie wieder den Löschkondensator (.'auflädt. Diese An des Zerhackerbetriebs erweist sich dahingehend als vorteilhaft, als die Löschenergie voll genut/.t weiden kann, um die Wirksamkeit des Lüschvurgaiigis /.u verbessern.
Bei einem Weehselsirom-Gleichstrombelricb des Umformers ist der Schalter SA geschlossen, wahrend der Schulter SD geöffnet ist, so dab eine in F i g. 7 dargestellte Brückenschaltung entsteht. Bei dieser Betriebsart sind daher die Wechselstronianschlüsse A und V mit der Wechselspannungsquelle verbunden und die Betriebsphase der vier Thyristoren AiSi. MS2. AS\ und AS2 wird so gesteuert, daß der von dem negativen Anschluß N /u dem positiven Anschluß P fließende Strom gesteuert wird.
In diesem Fall läßt sich die Phase des an jedem der vier Thyristoren angelegten Torsignals geeignet derart steuern, daß der Umformer VAi als Wechselrichter anstatt als Gleichrichter arbeitel. In diesem Fall werden die Umschwingdrossel L und der Löschkondensator C zur Glättung verwendet.
Das im Betrieb als Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer nicht benotigte ungesteuerte Gleichrichterventi Di ist durch den Schalter SA kurzgeschlossen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Aus vier gesteuerten Gleichrichterventilen aufgebaute Einphasen-Brückenschaltung zum wahl- S weisen Betrieb als Wechsebtrom-Gleichstrom-Umformer oder als GJeichstromzerhacker, wobei im Gleichstromzerhackerbetrieb die beiden Gleichstrompfade der Brückenschaltung parallel zueinander im Gleichstromkreis liegen, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß in den einen Gleichstrompfad ein zusätzlich in Reihe geschaltetes ungesteuertes Gleichrichterventil (D\ D]) aufgenommen ist und daß die gesteuerten Gleichrichterventile (ASi, ASz) dieses Gleichstrompfades von tiner Reihencchaltung a'is Umschwingdrossel (L) und Löschkondensator (C) überbrückt und so steuerbar sind, daß sie im Gleichstromzerhackerbetrieb als Löschventile für die Gleichrichterventile des anderen Gleichstrompfades wirken. jo
2. Einphasen-Brückenschaltung nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch einen im Wechselstrom-Gleichstrom-Umformerbetrieb schließbaren, dem ungesteuerten Gleichrichterventil (Di) parallelgeschalteten ersten Schalter (SA), und durch eine Reihenschaltung aus einem zweiten, im Gleichstromzerhackerbetrieb schließbaren Schalter (SD) und einer Umschwingdiode (D2), die der Brückenschaltung parallelgeschaltet ist.
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DE19742461191 1973-12-27 1974-12-23 Aus vier gesteuerten gleichrichterventilen aufgebaute einphasen-brueckenschaltung zum wahlweisen betrieb als wechselstrom-gleichstrom-umformer oder als gleichstromzerhacker Granted DE2461191B2 (de)

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