DE2752126B2 - Steuerverfahren für Wechselstrom-Gleichstrom-Thyristor-Stromrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerverfahren für Wechselstrom-Gleichstrom-Thyristor-Stromrichter mit antiparallel geschalteten Ventilzweigen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein derartiges Steuerverfahren ist aus der US-PS 35 41 426 bekannt.

Eine Gleichstrom-Servosteuereinrichtung benötigt z. B. für den Start wegen der mechanischen Trägheit die Zufuhr eines Stromes großer Stärke zum Gleichstrommotor. Es ist aber in vielen Fällen erforderlich, dem Gleichstrommotor nach einer raschen Beschleunigung oder Verzögerung einen positiven oder negativen Strom kleiner Stromstärke zuzuführen.

Eis ist auf dem genannten Gebiet bekannt, Stromrichter in Drehphasen-Mittelpunkt-Schaltung mit antiparallel geschalteten Ventilzweigen zu verwenden, deren Spannung und demzufolge auch deren Strom mit einer großen Welligkeit behaftet sind, was zu ernsthaften Schäden am Kommutator des Gleichstrommotors führen kann. Für die Zufuhr eines Stromes mit möglichst kleiner Welligkeit ist es erwünscht, Stromrichter vom Typ der Sechsphasen-Mittelpunkt- bzw. Dreiphasen-Brücken-Gleichrichtung zu verwenden.

Derartige Stromrichter weisen jedoch im allgemeinen beim Übergang der Steuerung von den Ventilen der einen StfönifichfUng auf die änfipäfällelen Venfile der anderen Stromrichtung eine sog. tote Zone im Steuerbereich auf. Dadurch kommt es z. B. im Falle einer Regelanordnung für einen Motor zu einer Unterbrechung in der Gleichstromversorgung des Motors, wenn das Fehlersignal der Regelanordnung sehr kleine Werte annimmt.

5'ur Vermeidung dieses unerwünschten Effektes speist man gemäß der eingangs genannten US-PS 35 41426 den Gleichstrommotor abwechselnd mit positiven und negativen Strömen und nutzt die Differenz zwischen den positiven und negativen Strömen zur Motorsteuerung aus. Das dort beschriebene Steuerverfahren ist nur bei einer Dreiphasen-Mittelpunkt-Antiparallel-Schaltung möglich. Es hat sich gezeigt, daß die Anwendung dieses Verfahrens auf Sechsphasen-Mittelpunkt- bzw. Dreiphasen-Prücken-Schaltungen deshalb nicht ohne weiteres möglich ist, ίο weil bei dem Versuch, dem Gleichstrommotor positive und negative Ströme zuzuführen, wegen der zeitlich zusammenfallenden Zündung gegenphasiger Ventilpfade ein Stromfluß entsteht, welcher die Sekundärwicklung des Transformators kurzschließt, so daß kein i^ Strom in den Gleichstrommotor gelangt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anwendung des eingangs genannten Steuerverfahrens, das eine exakte Steuerung von kleinen Strömen ohne tote Zonen im Steuerbereich gewährleistet, auch bei Sechsphasen-Mittelpunkt-Antiparallel-Schaltungen und Dreiphasen-Antiparallel-Bmckenschaltungen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von 12 Figuren näher erläutert Es zeigt

Fig. IA ein schematisches Schaltbild eines Wechselstrom-GIeichstrom-Thyristor-Stromrichters in Sechsphasen-Mittelpunkt-Antiparallel-Schaltung;
« Fig. IB ein schematisches Schaltbild mit einem dem Stand der Technik entsprechenden Wechselstrom-Gleichstrom-Thyristor-Stromrichter in Dreiphasen-Mittelpunkt-Antiparallel-Schaltung;

F i g. 2A und 2B je eine grafische Spannungskurven- und Zündimpulsdarstellung zu den Stromrichtern von Fig. lAbzw. IB;

F i g. 3A eine zu dem Stromrichter von F i g. 1B gehörige Kennlinie der Abhängigkeit eines Ausgangsstromes von einem Fehler-Eingangssignal;
Fig.3B eine zu dem erfindungsgemäß gesteuerten Stromrichter-Ausführungsbeispiel von Fig. IA gehörige Kennlinie der Abhängigkeit des Ausgangsstromes vom Fehler-Eingangssignal;

F i g. 4 eine grafische Darstellung zur Erläuterung des ■'5 erfindungsgemäßen Steuerverfahrens;

Fig.5 ein schematisches Schaltbild eines Wichselstrom-Gleichstrom-Thyristor-Stromrichters in Dreiphasen-Antiparallel-Brückenschaltung;

F i g. 6 eine grafische Darstellung, die die Arbeitsweise se des Stromrichters nach F i g. 5 erläutert;

Fig.7 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens veranschaulicht;

F i g. 8 ein Schaltungsdiagramm, das einen Leistungs-5' transformator für die Thyristorsteueranschlüsse darstellt;

Fig.9 ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Impulsgenerators veranschaulicht;

Fig. 10 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen so der gegen-elektromotorisehen Kraft und dem Stromflußwinkel darstellt;

Fig. Il eine Kennlinie, die ein Beispiel der Eingangs/ Ausgangs-Kenngröße eines Funktionsgenerators für eine erste Ventilgruppe darstellt; und
^ F i g. 12 eine Kennlinie, die ein Beispiel der Eingangs/ Ausgangs-Kenngröße eines Funktionsgenerators für dne zweite Ventilgruppe darstellt.

In Fig. 1 ist ein Wechselstrom-Gleichstrom-Thyri-

stor-Stromriehter dargestellt, der als Sechsphasen-Mittelpunkt-Antiparallel-Schaltung ausgebildet ist Primärwicklungen 12,13 und 14 eines Dreiphasen-Transformators 11 wird eine Dreiphasen-Eingangsspannung über Eingänge R, 5 und Γ zugeführt. Ausgangsanschlüsse (1 und f 4 der beiden Enden einer der Primärwicklung 12 zugeordneten Sekundärwicklung 15 sind jeweils mit einem Ende von Thyristoren SIl, S 12 bzw. 541, 542 verbunden. In gleicher Weise sind Ausgangsanschlüsse /3, i6 und f5, /2 der beiden Enden von den Primärwicklungen 13 bzw. 14 zugeordneten Sekundärwicklungen 16 bzw. 17 jeweils mit einem Ende von Thyristoren 531, 532 und 561, 562 bzw. den Thyristoren 551, 552 und 521, 522 verbunden. Die beiden jeweils mit einem Ausgangsanschluß in Verbindung stehenden Thyristoren weisen zueinander entgegengesetzte Polarität auf. Die zweiten Enden der Thyristoren 511 bis 562 sind gemeinsam an ein Ende einer Last 18 geschaltet, deren anderes Ende mit den Mittelpunkten (neutralen Punkten) der Sekundärwicklungen 15, 16 und 17 in Verbindung steht Bei einer Gleichstrom-Servosteuereinrichtung ist die Last 18 des Stromrichters der Anker eines Gleichstrommotors. Wie bereits erwähnt, ist jedes Ende der Sekundärwicklungen 15, 16 und 17 mit zwei Thyristoren verbunden, die parallel geschaltet sind und zueinander entgegengesetzte Polarität aufweisen. Die Steueranschlüsse der Thyristoren 511 bis 562 sind mit einem Phasensteuergerät 19 verbunden.

An den Ausgangsanschlüssen 11 bis 16 des Transformators 11 erscheinen jeweils die in Fig. 2A dargestellten Sechsphasen-Wechselspannungen Vl bis V6. Soll der Last 18 beispielsweise ein positiver Strom zugeführt werden, dann werden den Thyristoren 511, 521, 531, S41,551 bzw. 561 in F i g. 2A dargestellte Zündimpulse pll, P2i, P31, P 41, P51 bzw. P61 zugeführt, um die betreffenden Thyristoren in den leitenden Zustand zu versetzen. Die Größe der Ausgangsspannung des Stromrichters kann jeweils durch Ändern des Steuerwinkels, d. h. durch die Phase des Zündimpulses bezogen auf die entsprechende Wechselspannung gesteuert werden. Damit ändert sich auch der sog. Stromflußwinkel Θ, d. h. die Größe des Ausgangsgleichstromes. Um der Last 18 einen negativen Strom, d. h. einen Strom in umgekehrter Stromrichtung von geeigneter Größe zuzuführen, können jeweils den Thyristoren 512 bis 562 Zündimpulse zugeführt werden, mit denen sich in ähnlicher Weise der Stromflußwinkel verändern läßt.

Bei einer Gleichstrom-Servosteuereinrichtung ist es erforderlich, eine tote Zone im Steuerbereich zu vermeiden, bei der dem Gleichstrommotor kein Strom zugeführt wird, wenn der Absolutwert eines dem Phasensteuergerät 19 zugeführten Einfangsfehlersignals klein ist.

Es ist deshalb erwünscht, daß dem Gleichstrommotor abwechselnd positive und negative Ströme zugeführt werden, um einer mit dem Gleichstrommotor gekoppelten Maschine ein positives bzw. negatives Drehmoment zuzuführen, damit diese Maschine die gesamte Zeit über im dynamischen bzw. vibrierenden Zustand bleibt.

Um diese Forderungen zu erfüllen, benutzt man neuerdings die in Fig. IB dargestellte Dreiphasen-Mittelpunkt-Antiparalkl-Schaltung (US-PS 35 41 426). Das heißt, es wird d«:m Dreiphasen-Transformator 11 über die Eingi>ngsans('hli'isse R, Sund Teine Dreiphasen-Eingangsspftnnung /Uf»efüh"t, und es sind Paare von jeweils entgegengesetzt gftpolten Thyristoren 511 und 512, 531 und S32. sowie S51 und S52 ieweils mit einem

Ende des entsprechenden Ausgangsanschlusses ti, ti bzw. tS der Sekundärwicklungen 15, 16 bzw. 17 dos Transformators 11 verbunden und das andere Ende der Thyristorpaare mit der Last 18, die wiederum mit den zweiten Enden der Sekundärwicklungen 15,16 und 17 in Verbindung steht Die Steueranschlüsse der Thyristoren 511 bis 552 sind mit dem Phasensteuergerät 19 verbunden. Wenn dsis Fehlersignal nahe an 0 herankommt, liefert das Phasensteuergerät 19 dem Thyristor SIl einen Zündimpuls PW, um diesen für die Wechselspannung Vl in den leitenden Zustand zu versetzen und der Last 18 einen positiven Strom zuzuführen. Dann liefert das Steuergerät dem Thyristor S52 einen Impuls f'52, um diesen Thyristor für die Wechselspannung V5 in den leitenden Zustand zu versetzen und der Last 18 einen negativen Strom zuzuführen (vgl. Fig.2B). Danach werden durch aufeinanderfolgendes Zünden der Thyristoren S31, 512, 551, 532 und SU der Last, d.h. dem Gleichstrommotor 18> wechselweise ,ijositive und negative Ströme zugeführt Wird das Feh'ersignai bei so einem Vorgang z. B. in positiver Richtung größer als 0, dann nehmen die Stromflußwinkel θ der Thyristoren SH, 531 und 551, die dem Motor einen positiven Strom zuführen, zu und es nehmen die Stromflußwinkel der Thyristoren 552, S12 und 532 ab, die dem Motor 18 einen negativen Strom zuführen, so daß in der Stromzufuhr zum Gleichstrommotor selbst dann keine tote Zone im Steuerbereich existiert, wenn das Fehlersignal an 0 herankommt Sinngemäß das gleiche gilt für ein in negativer Richtung zunehmendes Fehlersignal. Es wird damit die in Fig.3A dargestellte Kennlinie für den Ausgangsstrom in Abhängigkeit vom Fehlersignal erhalten. Ist das Fehlersignal 0, dann sind die dem Gleichstrommotor 18 zugeleiteten positiven und negativen Ströme in ihrer Größe einander gleich.

Bei einer Sechsphasen-Mittelpunkt-Antiparallel-Schaltung ist es jedoch wegen des Aufbbus der Schaltung unmöglich, dem Motor einen positiv-negativwechselnden Strom zuzuführen, wie es bei einer Dreiphasen-Mittelpunkt-Antiparallel-Schaltung der Fall ist. Da die sechs in Durchlaßrichtung angeordneten Thyristoren alle abhängig von den Spannungen Vl bis V6 leiten, wenn der Versuch unternommen wird, die sechs in Sperrichtung gepolten Thyristoren abhängig von den Spannungen Vl bis V6 in den leitenden Zustand zu versetzen, fließt zum Motor kein Strom, sondern statt dessen schließt der sog. Kreisstrom die jeweilige Wicklung des Transformators 11 über den Thyristor kurz. Dies macht es notwendig, den Kreisstrom zu begrenzen, und die Folge ist e'ne Zunahme der Herstellungskosten. Abgesehen von den hohe.) Herstellungskosten kann der Zweck, dem Motor einen wechselnden Strom zuzuführen, nicht erreicht werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wird bei kleiner Last-Stromstärke ähnlich wie mit der bekannten zuvor erwähnten Dreiphasen-Antiparallel-Schaltung gearbeitet. Bei der Schaltung von Fig. IA werden die vorhandenen zwölf Thyristoren funktionsmäßig wie zwei Dreiphasen-Antiparallel-Ventilgrupp^n separat betrieben, wobei bei kleinen Lastströmen nur die erste Ventilgruppe, zu der beispielsweise die Thyristoren S11, S 12, 531, S3?, 551, S52 gehören, gesteuert wird, während die zweite Ventilgruppe zu der die Thyristoren S21, S22, S41, S42. S61 und 562 gehören, bei zunehmender Last Stromstärke zugeschaltet wird. Auf diese Weise ist es möglich, der Last 18 auch mit einer

Sechsphasen-Mittelpurikt-Antiparallel-Schaltung abwechselnd positive und negative Ströme zuzuführen.

F i g. 3B stellt ein Beispiel für die Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom der Thyristorschaltung und dem Fehlereingangssignal bei vorliegender Erfindung dsr, wobei die Schaltung so beschaffen ist, daß der Last 18 in der beschriebenen Weise positive und negative Ströme zugeführt werden. In Fig. 3B ist auf der Ordinate der Stromrichter-Ausgangsstrom und auf der Abszisse das Fehlersignal aufgetragen, das dem mit den Steueranschlüssen der Thyristoren verbundenen Phasensteuergerät 19 zugeführt wird. Im Bereich oberhalb der Abszisse ist der Zustand dargestellt, bei dem der Last 18 ein positiver Strom zugeführt wird, der von Stromflüssen der Thyristoren 511, 521, 531, 541, 551 und 561 herrührt. Im Bereich unterhalb der Abszisse ist der Zustand dargestellt, bei dem der Last 18 ein negativer

Strom 7iigpfi'ihrt wirri. Hpr von "slrnmfliniipn rlpr

Thyristoren 5 12, 5 22, 532. 542, 552 und 562 herrührt. Die ausgezogenen Linien 21a und 216 veranschaulichen die Kennlinien der ersten Ventilgruppe, die gestrichelten Linien 22a und 22b die Kennlinien der zweiten Ventilgruppe und die durchgehende Linie 23 die Gesamtcharakteristik. Wie in F i g. 3B dargestellt, ist im Bereich A, in dem der mittlere Laststrom klein ist,der an die Last gelieferte Strom lediglich gleich der Ausgangsgröße der ersten Ventilgruppe, wobei stets jeder Zündung eines Ventilpfades 511, 531, 551 der einen Stromrichtung eine Zündung aus der Gruppe der antiparallelen Ventile 512. 532, 552 für die andere Stromrichtung folgt, so daß der Last 18 abwechselnd positive und negative Ströme zugeführt werden. Es wird ferner der Arbeitspunkt im Phasensteuergerät 19 so eingestellt, daß, falls das Fehlersignal 0 ist, die Stromflußwinkel der Thyristoren 511,531 und 551 für die Zufuhr eines positiven Stromes und die Stromflußwinkel der Thyristoren 512. 532, 552 zur Zufuhr eines negativen Stromes einander gleich sind. Nimmt das Fehlersignal in positiver Richtung zu. dann nehmen die Stromflußwinkel der Thyristoren 5 11, 531 und 551 für die Zufuhr eines positiven Stromes zu, die Stromflußwinkel der Thyristoren 512.532 und 552 für die Zufuhr des negativen Stromes nehmen aber entsprechend ab. Falls umgekehrt das Fehlersignal in negativer Richtung ansteigt, dann werden die Stromflußwinkel der Thyristoren für den positiven Strom verringert und die Stromflußwinkel der Thyristoren für den negativen Strom vergrößert.

Steigt das Fehlersignal in positiver oder negativer Richtung so weit an. daß es den Bereich A überschreitet, in dem zur Last 18 positive und negative Ströme (ließen, dann wird in dem in Fig.3B dargestellten Bereich Aa bzw. Ab nur die positive bzw. negative Dreiphasen-Ausgangsgröße der ersten Ventilgruppe zugeführt Steigt das Fehlersignal weiter an, dann wird der Last auch die durch die gestrichelte Linie 22a bzw. 22b angedeutete Ausgangsgröße der zweiten Ventilgruppe zugeführt, d. h. es werden die jeweils an der gegenphasigen Spannung liegenden Ventile 521, 541, 561 bzw. 522, 54Z 562 der gewünschten Stromrichtung unter kontinuierlicher Verringerung des Steuerwinkels angesteuert, um der Last in den Abschnitten Ba bzw. Bb in F i g. 3B einen sechspulsigen Gleichstrom mit wechselnden Amplituden zuzuführen. Außerhalb dieser Bereiche, d. h. in den Abschnitten Ca und Cb, in denen der Last ein größerer positiver bzw. negativer Strom zugeführt wird, werden alle Ventile der gewünschten Stromrichtung mit dem gleichen Steuerwinkel betrieben, d. h. es werden die Ausgangsgrößen der ersten und zweiten Ventilgruppe so erzeugt, daß sie gleiche Größe haben, und es wird der Last sechspulsiger Gleichstrom mit ausgeglichenen Amplituden zugeführt.

In F i g. 4 ist ein Beispiel eines Thyristorsteuerzustandes für den Fall dargestellt, daß als Antriebsquelle für eine Servosteuereinrichtung ein Thyristor-Stromrichter eines derartigen Steuersystems verwendet wird. In Fig.4 sind anstelle von sinusförmigen Spannungen Spannungen einer Dreieckwellenform dargestellt. Ist das Fehlersignal groß und wird einer Last bzw. einem Servomotor ein großer Strom zugeführt, wie es in Fig. 4(a) dargestellt ist, dann werden die Thyristoren 511, 531 und 551, an denen die Spannungen Vl, V 3 bzw. V5 anliegen, jeweils so gesteuert, daß sie einen Stromflußwinkel θ 1 aufweisen, um dem Servomotor eine positive Ausgangsgröße der ersten Ventilgruppe zuzuführen. Gleichzeitig werden die Thyristoren 521. 541 und 561, an denen die Spannungen V2, V4 bzw. V6 anliegen, ebenfalls so gesteuert, daß sie einen Stromflußwinkel θ 1 aufweisen, um dem Motor die positive Ausgangsgröße der zweiten Ventilgruppe zu liefern. Auf diese Weise wird dem Motor insgesamt eine sechspulsige Gleichspannung mit ausgeglichenen PuIsamplituden zugeführt.

Nimmt das Fehlersignal ab und gelangt es in den Bereich Ba von Fig. 3B, dann werden die Stromflußwinkel θ 3 der Spannungen V2, V4 und V6 für die Ausgangsgröße der zweiten Ventilgruppe kleiner als die Stromflußwinkel θ 2 der Spannungen Vl, V3 und V5 für die Ausgangsgröße der ersten Ventilgruppe, wie dies in Fig.4(b) dargestellt ist, wodurch der Zustand einer sechspulsigen Gleichspannung mit wechselnder Pulsamplitude entsteht. In dem Zustand, in dem das Fehlersignal extrem klein ist und der Motorstrom in dem in Fig. 3B mit A bezeichneten Abschnitt liegt, ferner dem Motor ein positiver Strom zugeführt wird, werden keine Thyristoren für die Spannungen V2, V4 und V6 leitend, d. h. es wird keine Ausgangsgröße der zweiten Ventilgruppe erzeugt und die Stromflußwinkel θ 5 der Thyristoren 512, 532 und 552 werden kleiner gemacht als die Stromflußwinkel θ 4 der Thyristoren 511,531 und 551, wie dies in F i g. 4(c) dargestellt ist. In diesem Fall wird dem Motor ein Strom zugeführt, der dem mittleren Unterschied zwischen den Strömen der Thyristoren 511, S31, 551 und den Thyristoren 512, 532, 552 entspricht. Für den Fall der Zufuhr eines kleinen negativen Stromes zum Motor werden die Stromflußwinkel θ 7 der Thyristoren 512,532 und 552 größer als die Stromflußwinkel θ 6 der Thyristorer 511, 531 und 551 gemacht, wie dies in Fig.4{d) dargestellt ist

Pa bsi dem in den F i g. 4{c) und 4(d) veranschaulichten Zustand der Stromrichter wie eine Dreiphasen-Mittelpunkt-Antiparallel-Schaltung arbeitet, ist jedes der Thyristorpaare 521 und S 22, 541 und 542 sowie 561 und 562, die mit einem Ende der jeweiligen Sekundärwicklung des Transformators gemäß F i g. 1 verbunden sind, stets nichtleitend, und die beiden Enden ) der Sekundärwicklungen werden nicht kurzgeschlossen, so daß die Zufuhr von positiven und negativen Strömen zur Last 18 gewährleistet ist

Obwohl die Erfindung anhand eines Wechselstrom-Gleichstrom-Stromrichters unter Verwendung der Sechsphasen-Mitteipunkt-Äntiparallei-Schaitung beschrieben worden, ist, ist sie auch bei einer Dreiphasen-Antiparallel-Brückenschaltung realisierbar.

Fig.5 stellt einen Stromrichter unter Verwendung

einer derartigen Brückenschaltung dar. Der Anschluß R ist mit den Anoden der Thyristoren 511 und 522 und den Kathoden der Thyristoren 512 und 5 21 verbunden. Der Anschluß 5ist mit den Anoden der Thyristoren 531 und 542 und den Kathoden der Thyristoren 532 und

541 verbunden. Der Anschluß Tist mit den Anoden der TV,ristoren 551 und 562 und den Kathoden der Thynstoren 552 und 561 verbunden. Die anderen Enden der Thyristoren 511, 531, 551, 512, 532 und 552 sind an ein Ende der Last 18 angeschlossen und die '" anderen Enden der Thyristoren 521, 541, 561, 522,

542 und 562 sind an das andere Ende der Last 18 angeschlossen.

Spannungen Vrs zwischen den Anschlüssen R und 5, Vst zwischen den Anschlüssen 5 und T und VV« ^ zwischen den Anschlüssen T und R bilden eine Dreiphasenspannung, wie dies in Fig.6 dargestellt ist.

Spannungen riiit ciHgegciigciciZicr PmüSc Zu diesen Spannungen V_RS, Vsrund V™ sind als Vsr, V^s und Vrt bezeichnet. Falls der Last 18 ein positiver Strom höherer Stromstärke zugeführt wird, sind die Thyristoren 511 bzw. 541 nur während der schraffierten Bereiche leitend, solange die Spannung Vrs positiv ist, die Thyristorpaare 531/561 bzw. 551/521 sind nur während der schraffierten Abschnitte leitend, solange die Spannungen Vsr bzw. VVr positiv sind, und die Thyristorpaare 531/521 bzw. 551/541 bzw. 511/561 sind nur während der schraffierten Abschnitte leitend, solange die Spannungen Vsr, Vts bzw. Vrt positiv sind. Durch Steuern der Stromflußwinkel der Thyristoren kann die Größe des zur Last 18 fließenden positiven Stromes gesteuert werden. Falls der Last 18 ein negativer Strom höherer Stromstärke zugeführt wird, werden die Thyristoren 542/512, 562/532, 522/552, 522/532,542/552, S 62/512 paarweise mit geeigneten Stromflußwinkeln leitend, während die Spannungen Vrs, Vst, V_Tr. Vsr, V^bzw. V^rnegativ sind.

Bei einer derartigen Dreiphasen-Antiparallel-Brükkenschaltung werden im Bereich kleiner Lastströme (A in Fig. 3B) die Thyristoren 511/541, 531/561, *o 551/521 paarweise gesteuert, wenn die Spannungen Vrs, Vst bzw. Vtr positiv sind, für die Zufuhr positiver Lastströme und es werden die Thyristoren 542/512, 562/532, 522/552 paarweise gesteuert, wenn die Spannungen Vrs, Vst bzw. VrR negativ sind, für die Zufuhr negativer Lastströme. Mit anderen Worten wird der Stromrichter in diesem Fall als Dreiphasen-Antiparallel-Brückenschaltung betrieben, wobei die durch gestrichelte Linien veranschaulichten Spannungen Vrt, Vsr und V75 nicht benutzt werden. Auch in diesem Fall werden der Last 18 abwechselnd positive und negative Ströme zugeführt, und es erscheint keine tote Zone beim Ausgangsstrom als Folge des Fehlersignals, ebenso wie es bei einer Sechsphasen-Mittelpunkt-Antiparall-Schaltung der Fall ist Bei der Dreiphasen-Antiparallel-Brückenschaltung werden abweichend vom Fall der Sechsphasen-Mittelpunkt-Antiparallel-Schaltung, bei der verschiedene Thyristoren zur Erzeugung der Ausgangsgröße einer ersten und zweiten Ventilgruppe verwendet werden, alle Thyristoren betätigt, um diese Ausgangsgrößen zu erhalten, aber es werden verschiedene Kombinationen von Thyristoren, die gleichzeitig leitend gesteuert sind, verwendet

Während im Bereich großer positiver Lastströme (Ca in F ig. 3B) die Thyristorpaare 511/541, 531/561 und ω 551/521 als erste Ventilgruppe verwendet werden, sind die Thyristoren der zweiten Ventilgruppe die Paare 511/561. 531/521 und 551/541. In ähnlicher Weise sind die Thyristorpaare 542/552, 562/512 und 522/532 die Thyristoren für die Ausgangsgröße der zweiten Ventilgruppe, falls im Bereich großer negativer Lastströme (Cb in Fig.3B) die Thyristorpaare 542/ 512,562/S 32 und 522/552 für die Ausgangsgröße der ersten Ventilgruppe benutzt werden. In einem mittleren Bereich, bei dem die Stromzufuhr zur Last einen mittleren Wert zwischen den großen und kleinen Strömen einnimmt, werden Ströme aus der ersten und aus der zweiten Ventilgruppe zugeführt, wobei jedoch die der ersteren so ausgewählt werden, daß sie größer als die der letzteren sind.

Demgemäß können im Fall der Dreiphasen-Antiparallel-Brückenschaltung, falls das Phasensteuergerät 19 mit einem Impulsgenerator ausgestattet wird, um die Thyristoren in den beschriebenen Kombinationen leitend zu steuern, durch die Steuerung der Thyristoren

UWI 1.UUtI UItUUVI cn\.ltt.ll ,blllllgiu^l/b iiiuvi g'w!C"v"

Weise wie bei einer Sechsphasen-Mittelpunkt-Antiparallel-Schaltung die in Fig. 3B veranschaulichten Kennlinien erhalten werden.

F i g. 7 stellt ein Beispiel eines Phasensteuergerätes 19 dar. Bei diesem Beispiel wird entsprechend F i g. 1 einem Funktionsgenerator 32 für die Ausgangsgröße der ersten Ventilgruppe und einem Funktionsgenerator

33 für die Ausgangsgröße der zweiten Ventilgruppe von einem Anschluß 31 ein Fehlersignal, z. B. in einer Gleichstrom-Servo-Steuereinrichtung, zugeführt. Gleichzeitig wird das Fehlersignal durch einen Inverter

34 in seiner Polarität umgekehrt und als Eingangssignal für einen weiteren Funktionsgenerator 35 für die Ausgangsgröße der ersten Ventilgruppe und einen weiteren Funktionsgenerator 36 für die Ausgangsgröße der zweiten Ventilgruppe verwendet. Die von den Funktionsgeneratoren 32, 33, 35 und 36 gelieferten Ausgangssignale werden Addiergliedern 37,38,39 bzw. 40 zugeführt, um sie mit dem Signal der gegenelektromotorischen Kraft (CEMF-Signal) des genannten Gleichstrommotors, das von einem Anschluß 41 geliefert wird, zu addieren. Das vom Addier-Glied J7 gelieferte Ausgangssignal wird Impulsgeneratoren PCM, PGM und PG51 zugeführt. Die von den Impulsgeneratoren PGIl, PG31 bzw. PG51 gelieferten Ausgangsimpulse werden den Steueranschlüssen derjenigen Thyristoren 511, 531 und 551 der ersten Ventilgruppe zugeführt, die dem Motor einen positiven Strom liefern. Das Ausgangssignal des Addier-Gliedes 38 wird Impulsgeneratoren PG 41, PG 61 und PG 21 zugeführt, deren Ausgangsimpulse entsprechend den Steueranschlüssen derjenigen Thyristoren 541, 561 und 521 der zweiten Ventilgruppe zugeleitet werden, welche dem Motor den positiven Strom liefern. Das Ausgangssignal des Addier-Gliedes 39 wird den Impulsgeneratoren PG12, PG 32 und PG 52 zugeleitet deren Ausgangsimpulse den Steueranschlüssen derjenigen Thyristoren 512, 532 und 552 der ersten Ventilgruppe zugeführt werden, die dem Motor den negativen Strom liefern. Das Ausgangssignal des Addier-Gliedes 40 wird den Impulsgeneratoren PG 42, PG 62 und PG 22 zugeführt, deren Ausgangsimpulse an die Steueranschlüsse jener Thyristoren 542, 562 und 522 der zweiten Ventilgruppe weitergegeben werden, die den Motor mit negativem Strom versorgen.

Um zu erreichen, daß die von den Impulsgeneratoren PG Ii bis PG 62 gelieferten Ausgangsimpulse synchron zu der dem jeweiligen Thyristor zugeführten Wechselspannung angelegt werden, ist wie es F i g. 8 erkennen läßt für die Thyristorsteueranschlüsse ein Speisespan-

nungstransformator (Netztransformator) 43 vorgesehen. Die gemäß Fig. IA der Primärseite des Dreiphasen-Transformators 11 zugeführte Wechselspannung wird verzweigt, um Anschlüssen R, S und T der Primärseite des Transformators 43 zugeführt zu werden. Von Anschlüssen Jer Sekundärseite des Netz-Transformators 43, die den Ausgangsanschlüssen ti, (4, f3, i6, 15 bzw. i2 des Dreiphasen-Transformators 11 entsprechen, werden Ausgangssignale /1, /4, /3, /6, /5 und /2 erhalten. Die Ausgangssignale /1, /3 und /5 werden den Impulsgeneratoren PGW, PGM, PC51 bzw. PG 12, PG32, PG52 zugeführt, und die Ausgangssignale /4, /6 und /2 den Impulsgeneratoren PG41, PG6i, PG2\ bzw. PG 42, PG 62, PC 22.

Da die Impuisgeneratoren PC 11 bis PC 62 in ihrem Aufbau einander identisch sind, wird nur der Impulsgenerator PG 11 anhand von F i g. 9 beschrieben.

Das von dem Netztransformator 43 den Impulsgenesich abhängig von der Größe des addierten Eingangssignals.

Wenn sich die gegenelektromotorische Kraft Ef des Gleichstrommotors ändert, falls die Thyristor-Zündimpulse die gleiche Phase haben, dann ändert sich der Stromflußwinkel Θ, wia dies in F i g. 10 veranschaulicht ist. Deshalb ist es erforderlich, die Phase des Zündimpulses Pzu ändern, um denselben Stromflußwinkel zu erhalten. Zu diesem Zweck wird gemäß F i g. 7

ίο das Signal der gegenelektromotorischen Kraft (CEMF-Signal) den Addier-Gliedern 37 bis 40 vom Anschluß 41 aus zugeführt, um die Entstehung eines Fehlers zu vermeiden. Da bei einem Gleichstrommotor mit stationärem Feld die gegenelektromotorische Kraft proportional zur Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors ist, wird hier das die gegenelektromotorische Kraft kennzeichnende Signal durch Umwandeln einer Impulsfrequenz in eine Spannung erhalten, wobei die

ι aivyi aiisiinusscti &ugciuui ic /~iuagailg33lgliai f I lldt Sinuswellenform entsprechend der Kurve 44 und wird durch eine Pulsformerschaltung 45 zu einer unterhalb des Nullpegels liegenden Dreieckwelle geformt, wie dies durch die Kurve 46 angedeutet ist. Diese Dreieckwelle und das vom Addier-Glied 37 (siehe Fig. 7) erhaltene Ausgangssignal werden durch ein Addierglied 47 addiert und das addierte Ausgangsiignal durch -einen Komparator 48 mit dem Nullpegel verglichen. Das Ausgangssignal des Komparators wird durch eine Differenzierschaltung 49 differenziert, das Ausgangssignal der Differenzierschaltung durch einen Impulstransformator 51 gleichstrommäßig entkoppelt und dann dem Steueranschluß des Thyristors 511 zugeführt. Der diesem Steueranschluß zugeführte Impuls tritt in dem Augenblick auf, wenn das Eingangssignal des Komparators 48 den Nullpegel überschreitet, und die Phase des Impulses verschiebt einem hohen Ansprechwert, z. B. von einem mit dem Motor gekoppelten inkrementalen Meßgeber erhalten wird.

Die Eingangs/Ausgangs-Kenngröße der Funktionsgeneratoren 32 und 35 für das Ausgangssignal der ersten Ventilgruppe sind so gewählt, daß Ausgangssignale entsprechend Kurve 21a in Fig. 3B geliefert werden, selbst wenn das Eingangssignal 0 ist, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist. Andererseits sind die Eingangs/ Ausgangs-Kenngrößen der Funktionsgeneratoren 33 und 36 für das Ausgangssignal der zweiten Ventilgruppe so gewählt, daß keine Ausgangssignale entsprechend der Kurve 22a in Fig.3B geliefert werden, solange das Eingangssignal klein ist (vgl. Fig. 12). Demzufolge werden in dem Bereich, in dem das Fehlersignal klein ist, nur die Thyristoren 511, 531551, 512, 532 und 552 der ersten Ventilgruppe gesteuert.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Steuerverfahren für Wechselstrom-Gleichstrom-Thyristor-Stromrichter mit antiparallel geschalteten Ventilzweigen, bei dem im Bereich kleiner und lückender Gleichströme stets jeder Zündung eines Ventilpfades der einen Stromrichtung eine Zündung eines Ventilpfades aus der Gruppe der antiparallelen Ventile für die andere Stromrichtung folgt, wobei der Mittelwert der Gleichstromstärke von Null ausgehend dadurch erhöht wird, daß die Steuerwinkel für die Ventile der gewünschten Stromrichtung verringert und gleichzeitig die Steuerwinkel der antiparallelen Ventile vergrößert werden und daß bei höheren Stromstärken nur noch die Ventile der gewünschten Stromrichtung mit gleichen Steuerwinkeln angesteuert werden, gekennzeichnet durch die Anwendung auf Sechsphasen-Mlttelpunkt-Scha'tungen oder Drehphasen-Brückenschaltungen, wobei in dem oberhalb des Bereichs (A) kleiner Stromstärken liegenden Stromstärkenbereich (B, C) zunächst anstelle der vorher jeweils angesteuerten antiparallelen Ventile der gewünschten Stromrichtung unter kontinuierlicher Verringerung des Steuerwinkels angesteuert werden (Bereich B), bis deren Steuerwinkel glcKA ist dem Steuerwinkel der von vornherein für die gewünschte Stromrichtung angesteuerten Ventile, worauf bei weiterer Erhöhung des Steuerwinkels (Bereich C) alle Ventile der gewünschten Stromrichtung mit dem gleichen Steuerwinkel betrieben werden.