DE2514279A1

DE2514279A1 - Verfahren zur steuerung eines gleichrichters mit loeschbaren und nicht loeschbaren, unsymmetrisch-halbgesteuerten stromrichterbrueckenanordnungen

Info

Publication number: DE2514279A1
Application number: DE19752514279
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Bezold; Johannes Prof Dr Ing Foerster
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-03-27
Filing date: 1975-03-27
Publication date: 1976-10-07
Also published as: ATA191676A; AT345397B

Description

Verfahren zur Steuerung eines Gleichrichters mit löschbaren und nicht löschbaren, unsymmetrisch-halbgesteuerten Stromrichterbrückenanordnungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Gleichrichters, der aus der Reihenschaltung einer löschbaren, unsymmetrisch-halbgesteuerten Stromrichterbrückenanordnung und einer oder mehrerer unsymmetrisch-halbgesteuerter Stromrichterbrückenanordnungen besteht, wobei die Stromrichterbrückenanordnungen in Folge- oder Mehrstufenschaltung wechselspannungsseitig an etwa gleichen Teil spannungen angeschlossen sind.
Thyristorstromrichter zeichnen sich durch einen großen, stufenlosen Stellbereich bei gleichzeitig hoher Stellgeschwindigkeit sowie einem geringen Steuerleitungsbedarf aus und gestatten, das Führungsverhalten von Strom-, Spannungs- oder Geschwindigkeitsregelungen zu verbessern. Sie bieten sich daher insbesondere zur Lösung von traktionstechnischen Problemen an.
Die genannten Vorteile müssen im allgemeinen durch den Nachteil höherer Netzrückwirkungen erkauft werden. t3etzrückwirkungen führen zu großen Stromwärmeverlusten, zu Spannungseinbrüchen im Netz oder zu geringer Netzstabilität. Hohe scheinleistungsabhängige Anlageinvestitionen sind erforderlich. Eine Verbesserung des Verschiebungsfaktors cos T und des Leistungsfaktors der das Verhältnis der netzseitiggemessenen Wirklelstung zur Scheinleistung unter Einschluß der höheren Harmonischen angibt, ist erforderlich.
Eine Verminderung der Steuerblindleistung gegenüber vollsteuerbaren Stromrichtern kann beispielsweise mit Hilfe der bekar.nten unsymmetrisch-halbgesteuerten Stromrichterbrückenanordnung in Einfach- und Folgeschaltung sowie Mehrstufenschaltungen erzielt werden.
Bei diesen Schaltungen erfolgt die Kommutierung über das Netz, das heißt es tritt Kommutierungs- und Verzerrungsblindleistung auf, die von den Reaktanzen des Kommutierungskreises, des Stromrichter-Transformators, des Netzes und vom Momentanwert des zu kommutierenden Stromes abhängig ist.
Eine wesentliche Verbesserung des Blindleistungsverhaltens eines Stromrichters wird durch die Anwendung der in der deutschen Offenlegungsschrift P 21 34 598 beschriebenen Steuerverfahren und Schaltungsanordnungen erzielt. Die Anwendung der Sektorsteuerung auf einen löschbaren unsymmetrisch-haib gesteuerten Stromrichter führt dazu, daß keine Steuer- und Kommutierungsbl indlei stung entstehen kann.
Die Verzerrungsblindleistung geht ebenfalls zurück, da die Zündung der steuerbaren Stromrichterventile beim Spannungsnulldurchgang erfolgt und der Strom infolge der nur langsam ansteIgenden sinusförmigen Spannung mit entsprechend geringer Steilheit anwächst. Die Abkommutierungsgeschwindigkeit des Stromes ist über die Kommutierungs und Speicherkapazitäten beeinflußbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung eines aus der Reihenschaltung einer löschbaren, unsymmetrisch-halbgesteuerten Stromrichterbrücke und einer oder mehrerer unsymmetrisch-halbgesteuerten Stromrichterbrücke bestehenden Gleichrichters in sogenannter Folgeschal tung anzugeben, bei dem im gesamten Spannungsstellbereich des Gleichrichters die Netzrückwirkungen, dh. die Blindleistungsbelastung des speisenden Netzes verringert bzw.
der gesamte Wirkungsgrad und Leistungsfaktor des Gleichrichters erhöht werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Aussteuerung innerhalb eines Teilspannungsbereiches mit der löschbaren, unsymmetrisch-halbgesteuerten Stromrichterbrückenanordnung durch Zünden bei einem Zündwinkel α z # 0° el und Löschen bei einem Löschwinkel αl mit α <1 #180° ei erfolgt und bei voller Aussteuerung des Teilspannungsbereiches (° 180° el) die löschbare, unsymmetrisch-halbgesteuerte Stromrichterbrückenanordnung gesperrt und gleichzeitig eine unsymmetrisch-halbgesteuerte Stromrichterbrückenanordnung voll ausgesteuert freigegeben wird, daß zur weiteren Erhöhung der abzugebenden Gleichspannung die unsymmetrisch-halbgesteuerte Stromrichterbrückenanordnung voll ausgesteuert bleibt und die löschbare, unsymmetrisch-halbgesteuerte Stromrichterbrückenanordnung zur Aussteuerung weiterer Teilspannungsbereiche erneut bis zur Vollaussteuerung gezündet und gelöscht wird und daß dieses Steuerverfahren in Abhängigkeit von der Anzahl der unsymmetrisch-halbgesteuerten Stromrichterbrückenanordnungen bis zum Erreichen der Summe aller Teilspannungen wiederholt wird.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird über den gesamten Spannungsstellbereich mit sogenannter Abschnittsteuerung gefahren, d.h. im Gegensatz zur konventionellen Anschnittsteuerung werden mit Hilfe einer löschbaren Stromrichterbrücke die steuerbaren Ventile im Nulldurchgang der Spannung gezündet und zur Spannungsverstellung vor dem erneuten Spannungsnulldurchgang gelöscht. Erst wenn die gesamte Spannungszeitfläche mit Hilfe der löschbaren Brücke durchfahren wurde, wird die konventionelle Brücke ohne Anschnitt gezündet.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke erläutert werden.
Es zeigen: Figur 1 eine 2-Brücken-Folgeschaltung mit einer löschbaren, selbstkommutierenden Stromrichterbrücke und einer konventionell steuerbaren, netzkommutierenden Stromrichterbrücke und Figur 2 die zeitliche Darstellung der Spannungen bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die in Figur 1 dargestellte Anordnung enthält zwei unsymmetrisch-halbgesteuerte Folgebrücken 1 und 2 mit einer Wechsel~ stromeinspeisung über einen Transformator 3 sowie als Verbraucher einen Gleichstrommotor 4. Während die eine der beiden Folgebrücken 1 und 2 nur zündsteuerbar ist, handelt es sich bei der Folgebrücke 1 um eine zündsteuer- und löschbare Stromrichterbrückenanordnung mit einer Zwei-Kondensator-Löschanordnung. Den mit zwei Dioden 13, 14 eine unsymmetrisch-halbgesteuerte Brücke bildenden Hauptthyristorzweige 11, 12 ist jeweils ein Löschzweig parallelgeschaltet, der aus der Reihenschaltung je eines Löschkondensators 15, 16 und je eines Löschthyristors 17, 18 sowie zweier Ladedioden 19, 20 und eines gemeinsame Ladewiderstandes 21 besteht. Die Löschkondensatoren 15, 16 werden über die Ladedioden 19, 20 und den Ladewiderstand 21 aus der Wechselspannungsquelle 3 auf den Scheitelwert der vorlaufenden Halbwelle aufgeladen. Damit ist die sofortige Löschbereitschaft gegeben und eine Abschnittsteuerung möglich.
Analog zur Zwei-Kondensator-Löschanordnung können auch andere Löschanordnungen verwendet werden.
Die in Figur 2 dargestellten Spannungszeitflächen verdeutlichen das erfindungsgemäße Verfahren. Die an der Primärwicklung des Transformators 3 anliegende Eingangswechselspannung U (t) wird über die Sekundärwicklungen des Transformators 3 als gleichgroße Teilspannungen U1 (t) und U2 (t) in die beiden Folgebrücken 1 und 2 eingespeist. Nach einem Anfahrbereich bei kleinen Spannungen, der sowohl mit der konventionellen als auch der löschbaren Folgebrücke durchfahren werden kann, werden nur noch die Thyristoren der löschbaren Folgebrücke 1 angesteuert und gelöscht, d.h. mit sogenannter Abschnittsteuerung gefahren.
Die konventionelle Folgebrücke 2 wird solange gesperrt bis die Spannung am Verbraucher den Wert erreicht hat, der sich bei Vollaussteuerung der löschbaren Folgebrücke 1 einstellt. In diesem Augenblick wird die löschbare Folgebrücke 1 gesperrt, was durch Löschen der Hauptthyristorzweige 11, 12 in weniger als einer Halbperiode durchführbar ist. Gleichzeitig wird praktisch ohne Spannungsunterbrechung die konventionelle Folgebrücke 2 voll ausgesteuert freigegeben. Für die weitere Spannungsverstellung bis zur vollen Verbraucherspannung wird wieder die löschbare Folgebrücke 1 gezündet und gelöscht.
Wie oben ausgeführt, kann zur Abgabe kleiner Spannungen auch mit der konventionellen Folgebrücke 2 angefahren werden. In diesem Falle wird bei Erreichen einer bestimmten Spannung, bei der sich der schlechtere Leistungsfaktor der konventionellen Folgebrücke 2 bereits stärker bemerkbar macht, auf die löschbare Folgebrücke umgeschaltet. Andererseits ist neben dem Anfahren mit der löschbaren Folgebrücke 1 auch ein in der DT-OS 23 40 705 beschriebenes Steuerverfahren möglich, bei dem die Hauptthyristorzweige oder Löschthyristorzweige der löschbaren Folgebrücke 1 mit einer Frequenz gezündet werden, die kleiner oder gleich der Frequenz des speisenden Wechselstromnetzes ist, so daß sowohl auf konventionelle Weise im Anschnittverfahren als auch über die Löschthyristoren mit einer der Netzfrequenz gleichen oder kleineren Frequenz angefahren werden kann.
Mit der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Verschiebungsfaktor cos f im unteren Spannungsbereich kapazitiv und im oberen nahezu 1.
Vergleicht man den Verlauf des Verschiebungsfaktors cos mit dem bei einem Betrieb mit Anschnittsteuerung, so ist die Differenz beachtlich. Der Leistungsfaktor Å ist ebenfalls bedeutend verbessert. Ein derartiges Verfahren, bei dem der Verschiebungsfaktor cos T im unteren Spannungsbereich kapazitiv ist, wird erheblich zur Verminderung der Blindarbeit beitragen. Der Betrieb mit löschbarer Folgebrücke mit einem kapazitiven cos T ist nicht zu vergleichen mit der Blindleistungskompensation, wo bei Überkompensation mit Uberspannungen zu rechnen ist. Die in den Löschkondensatoren gespeicherte Energie wird überwiegend an den Verbraucher und nicht an das Netz gegeben. Eine Anhebung der Netzspannung über den Lerrlaufwert ist nicht zu erwarten.
Einer Ausgestaltung der Erfindung durch die Reihenschaltung weiterer konventioneller Folgebrücken ist anhand der Beschreibung ohne weiteres durchfUhrbar.

Claims

Patentansprüche

verfahren zur Steuerung eines Gleichrichters, der aus der Reihenschaltung einer löschbaren, unsymmetrisch-halbgesteuerten Stromrichterbrückenanordnung und eier oder mehrerer unsymimetrisch-halbgesteuerter Stromrichterbrückenancrdnungen besteht, wobei die Stromrichterbrückenanordnungen in Folge-oder Mehrstufenschaltung wechselspannungsseitig an gleichen Teil spannungen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussteuerung innerhalb eines Teilspannungsbereiches mit der löschbaren, unsymmetrisch-halbgesteuerten Stromrichterbrückenanordnung durch Zünden bei einem Zündwinkel αz> 0° el und Löschen bei einem Löschwinkel αL mit αz <αL# 1800 el erfolgt und bei voller Aus steuerung des Teilspannungsbereiches (αL # 180° el) die löschbare, unsymmetrisch-halbgesteuerte Stromrichterbrückenanordnung gesperrt und gleichzeitig eine unsymmetrisch-halbgesteuerte Stromrichterbrückenanordnung voll ausgesteuert freigegeben wird, daß zur weiteren Erhöhung der abzugebenden Gleichspannung die unsymmetrischhalbgesteuerte Stromrichterbrückenanordnung voll ausgesteuert bleibt und die löschbare, unsymmetrisch-halbgesteuerte Stromrichterbrückenanordnung zur Aussteuerung weiterer Teilspannungsbereiche erneut bis zur Vollaussteuerung gezündet und gelöscht wird und daß dieses Steuerverfahren in Abhängigkeit von der Anzahl der unsymmetrisch-halbgesteuerten Stromrichterbrückenanordnungen bis zum Erreichen der Summe aller Teilspannungen wiederholt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Abgabe kleiner Gleichspannungen die Hauptthyristorzweige oder Löschthyristorzweige der löschbaren unsymmetrischhalbgesteuerten Stromrichterbrückenanordnung (1) mit einer Frequenz im Anschnitt gezündet oder im Abschnitt gezündet und gelöscht werden, die kleiner als die Frequenz des speisenden Wechselstromnetzes ist.