DE2755309A1

DE2755309A1 - Umformer

Info

Publication number: DE2755309A1
Application number: DE19772755309
Authority: DE
Inventors: Yoshio Nozaki; Yoshio Okumura; Yutaka Suzuki; Kyozo Tachibana
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-12-22
Filing date: 1977-12-12
Publication date: 1978-06-29
Also published as: FR2375752B1; JPS579316B2; CH624800A5; FR2375752A1; JPS5378020A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umformer, der es gestattet, Wechselstrom- in Gleichstromleistung und umgekehrt umzuformen.

Derartige Leistungsumformer sind generell bekannt und werden beispielsweise in Schienenfahrzeugen und dergleichen verwendet. Im allgemeinen wird bei einem solchen Umformer der Betrag der Umformung über den Zündwinkel eines Thyristors gesteuert. Dabei tritt jedoch in dem Wechselstrom, insbesondere bei der Nutzbremsungs-Steuerung eine Verzerrung auf, die bedeutet, daß der Wechselstrom hochfrequente Komponenten enthält. Der Anteil an höheren Harmonischen in dem Wechselstrom bedingt verschiedene Schwierigkeiten. Ein Beispiel für erhebliche Schwierigkeiten besteht darin, daß Rauschspannungen auf Fernsprechleitungen und dergleichen induziert werden.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 26 17 69A ist ein Umformer bekannt, bei dem die Verzerrung des Wechselstroms verringert ist. Bei dem in Fig. 1 dieser Offenlegungsschrift gezeigten Umformer sind zwei Thyristoren und zwei Dioden oder vier Thyristoren in eine Brücke eingeschaltet, und zwischen zwei Thyristoren der Brückenzweige sind Drosselspulen in Serie geschaltet, wobei die beiden Drosselspulen magnetisch gleichsinnig oder mitgekoppelt sind. Aufgrund der Funktion der Drosselspulen ist die Induktanz des Kommutierungskreises geringer, wenn die Ausgangsleistung des Umformers im wesentlichen ihr Maximum oder ihr Minimum hat, als dann, wenn sie kein Maximum oder Minimum hat, wodurch der Anteil an höheren Harmonischen in dem Eingangswechselstrom zum Zeitpunkt der Kommutierung der Thyristoren effektiv verringert wird, ohne die Brauchbarkeit des Umformers zu beeinträchtigen.

Bei einem derartigen Umformer ist insbesondere dann, wenn die Thyristorbrücke aus vier Thyristoren besteht, ein minimaler Voreilwinkel Ymin erforderlich, um die Kommutierung

Q Q C O p. / Π R U 7

zuverlässig durchzuführen. Fällt der Voreilwinkel β mit dem minimalen Voreilwinkel ymin zusammen, so wird die Verzerrung des Wechselstroms groß. Bei der Kommutierung bedeutet dies, daß der eine der Drosselspulen durchsetzenden Strom abnimmt, während der die andere Drosselspule durchsetzende Strom zunimmt. Daher ändern sich die magnetomotorischen Kräfte der beiden magnetisch mitgekoppelten Drosselspulen nicht wesentlich, und ihre Induktanzen werden sehr klein. Infolgedessen verlieren die Drosselspulen ihre Glättungswirkung hinsichtlieh der hochfrequenten Stromkomponenten.

Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie sie bei vergleichbaren. Umformern nach dem Stand der Technik auftreten, mindestens teilweise zu beseitigen. Eine speziellere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, einen Leistungsumformer zu schaffen, bei dem bei der Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom, d.h. bei der Nutzbremsung, hochfrequente Komponenten im Wechselstrom verringert sind. Außerdem soll der erfindungsgemäße Umformer von den oben erläuterten Nachteilen frei sein.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus der Lehre des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 ein elektrisches Schienenfahrzeug mit einem Leistungsumformersystem;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Steuerteils zur Steuerung eines in dem Leistungsumformersystem nach Fig. 1 enthaltenen Umformers;

Fig. 3 Impulsdiagramme der Wechselspannung und des Wechselstroms an der Primärseite des Umformers zur Erläuterung der Arbeitsweise des Umformersystems nach Fig. 1 und 2;
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Umformers nach Fig. 1;

Fig. 5 Impulsdiagramme der Wechselspannung und des Wechselstroms an der Primärseite des Umformers nach Fig. 4;

Fig. 6 Meßwerte der höher-harmonischen Komponenten im Primärwechselstrom des Umformers nach Fig. 4; Fig. 7 bis 9 schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele des Umformers nach Fig. 1; Fig. 10 ein Steuerverfahren für denjenigen Fall, daß der in Fig. 7 dargestellte Umformer durch den Steuerteil nach Fig. 2 gesteuert wird; Fig. 11 Meßwerte der höher-harmonischen Komponenten in dem Primärwechselstrom für den Fall, daß die Steuerung nach dem in Fig. 10 veranschaulichten Verfahren erfolgt;

Fig. 12 ein weiteres AusfUhrungsbeispiel des Steuerteils nach Fig. 12;

Fig. 13 ein Steuerverfahren in demjenigen Fall, daß der in Fig. 9 gezeigte Umformer durch den Steuerteil nach Fig. 12 gesteuert wird; und Fig. 14 Meßwerte der höher-harmonischen Komponenten im Primärwechselstrom für denjenigen Fall, daß die Steuerung nach dem in Fig. 13 veranschaulichten Verfahren erfolgt.

Gemäß Fig. 1 wird Wechselstromleistung aus einer Wechselstromquelle 20, bei der es sich etwa um eine Unterstation handelt, über eine Oberleitung 30 und eine Schiene 40 einem Fahrzeug zugeführt, das den Wechselstrom über einen Stromabnehmer 50 und ein Rad 60 aufnimmt. Die Wechselstromleistung wird über einen Transformator 70 sowie einen Leistungsumformer 100 in die gewünschte Gleichstromleistung zum Antrieb eines Gleichstrommotors 80 umgeformt. Ein Glättungsdrossel 75 dient zur Verringerung der Welligkeit in dem Gleichstrom, die von der pulsierenden Komponente der gleichgerichteten Spannung herrührt. Eine Feldwicklung 85 des Gleichstrommotors 80 wird aus einer eigenen Stromquelle 90 gespeist. Zur Nutzbremsung wird die Feldwicklung 85 umgepolt.

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Der Leistungsuniformer 100 umfaßt vier in eine Brücke eingeschaltete Thyristoren 101 bis 104, wobei jeder Brückenzweig einen Thyristor enthält. Die Verbindungspunkte a und b der Thyristorbrücke sind mit den beiden Eingangsklemmen des Gleichstrommotors 80 verbunden, wobei die Drossel 75 zwischen dem Verbindungspunkt a und dem Motor 80 liegt, während die Verbindungspunkte c und d mit den beiden Klemmen einer Sekundärwicklung 71 des Transformators 70 verbunden sind. In dieser Thyristorbrücke werden die Thyristoren 101 und 104 während der positiven Halbwelle der Wechselspannung und die Thyristoren 102 und 103 während der negativen Halbwelle gezündet.

Der in Fig. 2 gezeigte Steuerteil steuert die Zündwinkel der vier Thyristoren 101 bis 104 des Umformers 100. Dabei erzeugt ein Taktgeber 200 synchron mit der Primärspannung des Transformators 70 ein Synchronsignal SS, das einem ersten Festsignalgenerator 210 und einem Phasenschieber zugeführt wird. Auf der Basis dieses Synchronsignals SS erzeugt der erste Festsignalgenerator 210 ein Begrenzungssignal Sßlim entsprechend dem unteren Grenzwinkel ßlim des Steuer-Voreilwinkels. Das Begrenzungssignal Sßlim wird einem zweiten Festsignalgenerator 230 und dem Phasenschieber 220 zugeführt, der zweite Festsignalgenerator 230 erzeugt auf der Basis des Begrenzungssignals Sßlim ein um einen vorgegebenen

^ Phasenwinkel nacheilendes Signal, nämlich ein Zündsignal GPßmin, das dem minimalen Voreilwinkel ßmin entspricht. Das Zündsignal GPßmin wird über einen (nicht gezeigten) Zündsteuerkreis einem von den Thyristoren 101 und 102 gebildeten ersten Paar P1 von Brückenzweigen zugeführt. Der Phasenschieber 220 empfängt außer dem Synchronsignal SS und dem Begrenzungssignal Sßlim ein Phasensteuersignal PC und erzeugt ein Zündsignal GPß entsprechend einem Voreilwinkel 0. Dieses Zündsignal GPß wird über einen (ebenfalls nicht gezeigten) Zündsteuerkreis einem von den Thyristoren 103 und 104 gebildeten zweiten Paar P2 von Brückenzweigen zugeführt.

Der minimale Steuer-Voreilwinkel ymin ist generell erforderlich, um die Kommutierung eines Thyristors zuverlässig

durchzuführen. Bekanntlich wird dieser minimale Steuer-Voreilwinkel ymin von der Abschaltcharakteristik des Thyristors bestimmt. Der in der vorliegenden Erfindungsbeschreibung verwendete minimale Steuer-Voreilwinkel ßmin unterscheidet sich von dem minima.en Steuer-Voreilwinkel ymin und liegt in einem Bereich, der durch die folgende Ungleichung gegeben ist:

180° > β > ßlim > ßmin > ymin (1)

Um die Arbeitsweise des oben beschriebenen Leistungsumformers zu erläutern, wird im folgenden auf die Oberleitungs-Wechsel spannung V und den Oberleitungsstrom i gemäß Fig. 3 Bezug genommen. In Fig. 3 ist der Verlauf dieser Spannung V und des Stroms i in dem Fall dargestellt, daß der minimale Voreilwinkel ßmin 60° und der Steuer-Voreilwinkel β 90° betragen. Der untere Grenzwinkel ßlim des Steuer-Voreilwinkels β ist auf 72° eingestellt. Während der ersten postiven Halbwelle der Spannung V steigt der Strom i bei dem Steuer-Voreilwinkel β = 90° vom Wert -I auf Null sowie beim minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmin von Null auf den Wert I. Während der nachfolgenden negativen Halbwelle der Spannung V fällt der Strom i beim Steuer-Voreilwinkel β von I auf Null und weiter beim minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmin von Null auf den Wert -I. In Fig. 3 ist mit einer dünneren Linie der Oberleitungsstrom für denjenigen Fall gezeigt, daß der Steuer-Voreilwinkel β auf den unteren Grenzwinkel ßlim eingestellt wird. Diese Ströme stellen Rechteckwellen dar und enthalten daher zahlreiche höhere Harmonische. Naturgemäß ist jedoch zu erwarten, daß diese Stromverläufe geringere Verzerrungen aufweisen als ein Stromverlauf in demjenigen Fall, daß der Steuer-Voreilwinkel β mit dem minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmin zusammenfällt.

Generell wird das Ausmaß der auf Fernsprechleitungen oder dergleichen einwirkenden Induktionsstörungen, die von den höher-harmonischen Stromkomponenten einer Oberleitung herrühren, nach dem folgenden äquivalenten Störstrom Jp ab-

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geschätzt, bei dem der Effektivwert der höher-harmonisehen Stromkomponenten mit In (n gibt die Ordnungszahl der Harmonischen an) und der Rauschfaktor für die Frequenz der höher-harmonischen Stromkomponenten mit Sn bezeichnet wird:

Jp = ^X(Sn In)² (2)

In Fig. 6 sind Meßwerte der höher-harmonischen Stromkomponenten des Oberleitungsstroms i in dem Leistungsumformersystem nach Fig. 1 und 2, gemessen als äquivalenter Störstrom Jp, mit einer ausgezogenen Linie a dargestellt. Wie aus dieser Darstellung hervorgeht, wird der äquivalente Störstrom Jp in einem Bereich, in dem der Steuer-Voreilwinkel β größer ist als der untere Grenzwinkel βlim = 72°, auf annähernd 0,5 A heruntergedrückt. Im Gegensatz dazu steigt der äquivalente Störstrom Jp in dem Fall, daß beispielsweise der Steuer-Voreilwinkelß auf den minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmin = 60° eingestellt wird, in der Nähe dieses minimalen Steuer-Voreilwinkels ßmin abrupt auf annähernd 0,6 A, wie dies durch die gestrichelte Linie b in Fig. 6 dargestellt ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel eines Leistungs-Umformersystems nach Fig. 4, in der die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 für die entsprechenden Bauelemente verwendet werden, umfaßt der Umformer 150 zusätzlich eine Drossel 110 mit Mittelabgriff. Oberhalb und unterhalb des Mittelabgriffs weist die Drossel 110 gleiche Windungszahlen auf. Die Wicklungen sind auf dem gleichen Kern angeordnet und miteinander magnetisch gleichsinnig oder mitgekoppelt. Die Drossel 110 liegt in Serie zwischen den Thyristoren 103 und 104, und der Mittelabgriff ist an das obere Ende der Sekundärwicklung 71 des Transformators 70 angeschlossen.

Der in Fig. 2 gezeigte Steuerteil dient zur Steuerung der ZUndwinkel für die vier Thyristoren 101 bis 104 des Umformers 150. In diesem Fall wird das Zündsignal GPßmin aus dem zweiten Festsignalgenerator 230 über einen (nicht

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gezeigten) Zündsteuerkreis dem von den Thyristoren 101 und

102 gebildeten ersten Paar P1 von Brückenzweigen zugeführt, während das Zündsteuersignal GPß aus dem Phasenschieber 220 ebenfalls über einen (nicht gezeigten) Zündsteuerkreis dem von den Thyristoren 103 und 104 gebildeten zweiten Paar P2 von Brückenzweigen zugeführt wird.

Der Verlauf der Oberleitungsspannung V und des Oberleitungsstroms i dieses ümformersystems sind in Fig. 5 dargestellt. In dem Diagramm (b) der Fig. 5 stellt die dicke Linie den Oberleitungsstrom für denjenigen Fall dar, daß der minimale Steuer-Voreilwinkel βmin » 60°, der Steuer-Voreilwinkel β = 90° und der untere Grenzwinkel βlim = 72° betragen. Die dünne Linie zeigt außerdem den Oberleitungsstrom für den Fall, daß der Steuer-Voreilwinkel ß mit dem unteren Grenzwinkel ßlim zusammenfällt. Wie ersichtlich, sind d±e Verzerrungen in diesen Strömen durch die Wirkung der Drossel 110 verringert. Überschreitet jedoch der Steuer-Voreilwinkel β den unteren Grenzwinkel ßlim und fällt er mit dem minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmin zusammen, so erfährt der Oberleitungsstrom nicht die höher-harmonische Stromkomponenten glättende Wirkung der Drossel 110. Insbesondere nimmt dann, wenn der Strom von den Thyristoren 101 und 104 auf die Thyristoren 102 und

103 kommutiert wird, der durch die obere Hälfte der Drossel 110 fließende Strom ab und gleichzeitig der durch die untere Hälfte der Drossel 110 fließende Strom zu. Daher ändert sich die magnetomotorische Kraft der Drossel 110 nicht, und die Induktanz ist sehr gering.

In Fig. 6 sind die Meßwerte für die in dem Oberleitungsstrom i enthaltenen höher-harmonisehen Komponenten in dem oben erläuterten Leistungsumformersystem durch die ausgezogene Linie c dargestellt. Die höher-harmonisehen Stromkomponenten sind dabei als äquivalenter Störstrom Jp wiedergegeben. Wie aus dieser Darstellung hervorgeht, wird die Größe des äquivalenten Störstroms Jp in dem Bereich, in dem der Steuer-Voreilwinkel β größer ist als der untere Grenzwinkel ßlim = 72°, auf näherungsweise 0,3 A heruntergedrückt.

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SIO

Andererseits ist der äquivalente Störstrom Jp für den Fall, daß der Steuer-Voreilwinkel β auf den minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmin eingestellt wird, mit der gestrichelten Linie d eingezeichnet. Wie ersichtlich, steigt dabei der äouivalente Störstrom Jp in der Umgebung des minimalen Steuer-Voreilwinkels ßmin abrupt auf etwa 0,6 A.

Wie aus den obigen Erläuterungen ersichtlich, lassen sich die höher-harraonisehen Komponenten des auf der Primärseite fließenden Wechselstroms dadurch verringern, daß die Thyristoren des in Fig. 1 oder Fig. 4 gezeigten Umformers mit der Bedingung gezündet werden, daß der Steuer-Voreilwinkel β gleich oder größer ist als ein unterer Grenzwinkel ßlim, der seinerseits größer ist als der minimale Steuer-Voreilwinkel ßmin.

Der minimale Steuer-Voreilwinkel γπιίη, der zur sicheren Kommutierung der Thyristoren erforderlich ist, beträgt generell 40 bis 60 , und der minimale Steuer-Voreilwinkel ßmin wird in der Nähe dieses Wertes eingestellt. Der untere Grenzwinkel ßlim des Steuer-Voreilwinkels bestimmt sich nach dem minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmin. Wird die Differenz zwischen dem unteren Grenzwinkel ßlim und dem minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmin auf etwa 5° gesetzt, so läßt sich eine befriedigende Verringerung der höher-harmonischen Stromkomponenten erzielen. Vom Standpunkt des Ausmaßes dieser Wirkung her ist es jedoch zweckmäßig, eine Differenz von etwa 10 zu wählen.

In Fig. 7, 8 und 9 sind weitere Umformer gezeigt, bei denen sich der Steuerteil nach Fig. 2 anwenden läßt. Der Umformer nach Fig. 7 hat einen Aufbau, bei dem zwei der Umformer 100 gemäß Fig. 1 in Serie geschaltet sind. Wiederum bezeichnen in Fig. 7 die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 entsprechende Bauelemente. Die beiden Umformer 100 sind jeweils mit einer halben Sekundärwicklung 72 bzw. 73 des Transformators 70 verbunden.

Der in Fig. 8 gezeigte Umformer besteht aus dem Umformer 100 nach Fig. 1 und dem Umformer 150 nach Fig. 4. Die beiden

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Umformer 100 und 150 sind in Serie geschaltet, wobei sie wieder jeweils mit einer halben Sekundärwicklung 72 bzw.

73 des Transformators 70 verbunden sind.

Der Umformer nach Fig. 9 besteht aus dem Umformer 100 nach Fig. 1 und einem Umformer 160 mit sechs Thyristoren. Die Umformer 100 und 16O sind wiederum in Serie geschaltet. In dem Umformer 160 bilden die in Serie geschalteten Thyristoren 161 und 162 eine erste Gruppe P41 von Zweigen, die in Serie geschalteten Thyristoren 163 und 164 eine zweite Gruppe P42 und die in Serie geschalteten Thyristoren 165 und 166 eine dritte Gruppe P 43 von Zweigen. Zwischen den beiden Thyristoren 163 und 164 der zweiten Gruppe P42 ist eine Drossel 167 mit Mittelabgriff ähnlich wie in Fig. 2 in Serie eingeschaltet. Der Mittelabgriff der Drossel 167 ist mit einem Mittelabgriff einer geteilten Sekundärwicklung

74 des Transformators 70 verbunden. Die beiden Enden dieser Sekundärwicklung 74 sind an die mittleren Verbindungspunkte in den Gruppen P41 und P43 angeschlossen.

Fig. 10 veranschaulicht ein Steuerverfahren für denjenigen Fall, daß die Umformer nach Fig. 7, 8 und 9 mit dem in Fig. 2 gezeigten Steuerteil gesteuert werden. Im vorliegenden Fall wird insbesondere die Steuerung des Umformers nach Fig. 7 als Beispiel angenommen. In Fig. 10 ist an der Ordinate der Steuer-Voreilwinkel β aufgetragen, während die Abszisse die Gleichspannung des Umformers wiedergibt. In dem Bereich A-B werden die Gruppen P11, P12 und P21 mit dem minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmin gesteuert, während die Gruppe P 22 mit Steuer-Voreilwinkeln β gesteuert wird, die gleich oder größer sind als der untere Grenzwinkel βlim. Erreicht der Steuer-Voreilwinkel β im Punkt B den Wert von 180°, so erlischt das Zündsignal für die Gruppe P12, und der Gruppe P11 wird ein Gleichspannungs-Zündsignal zugeführt. In diesem Zustand arbeitet die Gruppe P11 ähnlich wie eine sogenannte freilaufende Diode. In dem Bereich B-C wird dann die Gruppe P21 mit dem minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmin gesteuert, während die Gruppe P22 bis hinauf

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zum Wert von 180 mit Steuer-Voreilwinkeln β gesteuert wird, die wiederum gleich oder größer sind als der untere Grenzwinkel ßlim.

Fig. 11 zeigt die Meßwerte der höher-harmonischen Stromkomponenten für den Fall, daß der Umformer nach Fig.7 nach dem oben erläuterten Steuerverfahren gesteuert wird. Die höher-harmonischen Stromkomponenten sind als der oben erwähnte äquivalente Störstrom Jp dargestellt. Dabei sind folgende S^haltungsgrößen gegeben:

Versorgungsspannung 50 Hz, 100 V

Leerlaufspannung an
der Sekundärseite des

Transformators 142 V/Windung

Reaktanz der Stromquelle 0,003 0 Induktanz auf der Gleichstromseite 63 mH Bei dem Ausführungsbeispiel des Steuerteils nach Fig. 12 sind entsprechende Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 bezeichnet. Der Steuerteil nach Fig. 12 eignet sich insbesondere für die Umformer nach Fig. 7, 8 und 9. Der Taktgeber 200 erzeugt das Synchronsignal SS und führt es einem ersten Festsignalgenerator 230 und dem Phasen-Schieber 220 zu. Der Festsignalgenerator 230 erzeugt ein erstes Zündsignal GPßmini mit dem minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmini, das einem zweiten Festsignalgenerator 240 sowie dem Phasenschieber 220 zugeführt wird. Der Phasenschieber 220 nimmt außerdem das Phasensteuersignal PC auf und erzeugt das Zündsignal GPß mit einem Steuer-Voreilwinkel β. Der zweite Festsignalgenerator 240 erzeugt auf der Basis des Zündsignals GPßmini ein Zündsignal GPßmin2, bei dem es sich um ein Signal handelt, das um einen vorgegebenen Phasenwinkel nacheilt. Dieses Zündsignal GPßmin2 wird einem dritten Festsignalgenerator 250 zugeführt, der daraus ein um einen vorgegebenen Phasenwinkel nacheilendes Signal, nämlich ein Zündsignal GPßmin3, erzeugt. Diese Signale, d.h. der Steuer-Voreilwinkel ß, die minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmini, ßmin2 und

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ßmin3f sowie der aus den Kennlinien der Thyristoren zu bestimmende minimale Steuer-Voreilwinkel ymin werden auf einen Bereich eingestellt, der durch die folgende Ungleichung wiedergegeben wird:
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180° > β > ßmini > ßmin2 > ßmin3 > vmin (3)

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Festsignalgenerator 210 zur Erzeugung des unteren Grenzwinkels ßlim nicht vorgesehen, was jedoch möglich ist. In diesem Fall wird der Steuer-Voreilwinkel β nicht kleiner gemacht als der untere Grenzwinkel ßlim, d.h. β > ßlim. Der untere Grenzwinkel ßlim ist jedoch seinerseits größer als der minimale Steuer-Voreilwinkel ßmini, d.h. ßlim > βmini.

Ein Verfahren zur Steuerung des in Fig. 9 gezeigten Umformers mit Hilfe des oben beschriebenen Steuerteils soll nun anhand von Fig. 13 erläutert werden. In Fig.13 ist an der Ordinate der Steuer-Voreilwinkel β und an der Abszisse die Gleichspannung des Umformers aufgetragen.

In einem Bereich D-E werden die Gruppen P11 und P41 mit dem minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmin3 ausgesteuert, die Gruppe P12 mit dem minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmin2 und die Gruppe P43 mit dem minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmini. In diesem Zustand wird die Gruppe P42 mit Steuer-Voreilwinkeln β phasengesteuert, die in einem Bereich liegen, der größer ist als der minimale Steuer-Voreilwinkel ßmini und kleiner als 180°, d.h. ßmini < β < 180°. Erreicht der Steuer-Voreilwinkel β im Punkt E den Wert von 180°, so wird die Steuerung des Umformers so geändert, daß das Zündsignal der Gruppe P41 erlischt und die Gruppen P42 und P43 mit dem minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmini gesteuert werden. Im Bereich E-F wird dann die Gruppe P42 mit Steuer-Voreilwinkeln β phasengesteuert, die wiederum in demjenigen Bereich liegen, der größer ist als der minimale Steuer-Voreilwinkel ßmini und kleiner als 180°, d.h. ßmini < β < 180°. Bei Erreichen des Punktes G erlischt das Zündsignal der Gruppe P41, und die Gruppen P42 und P43 werden mit dem

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minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmini gesteuert. Im Bereich G-H wird dann die Gruppe 43 mit Steuer-Voreilwinkeln β gesteuert, die wiederum in dem Bereich ßmini < β < 180°
liegen.

Die Meßwerte der höher-harmonischen Stromkomponenten für denjenigen Fall, daß der Umformer nach Fig. 9 gemäß dem oben beschriebenen Steuerverfahren gesteuert wird, sind in Fig. 14 veranschaulicht. Wiederum sind diese höher-harmonischen Stromkomponenten als der oben erwähnte äquivalente

Störstrom Jp dargestellt. Die Schaltungsgrößen des Umformers haben die oben angegebenen V/erte, wobei die Reaktanz der
Drossel 167 0,8 Ω beträgt.

In Fig. 14 bezeichnet die Kurve e die Meßwerte der
höher-harmonischen Stromkomponenten der Sekundärstroms in demjenigen Fall, daß die beiden minimalen Steuer-Voreilwinkel ßmin2 und ßmin3 auf 62° und der verbleibende minimale Steuer-Voreilwinkel ßmini auf 71° eingestellt werden. Andererseits gibt die Kurve f die Meßergebenisse für denjenigen Fall wieder, daß der minimale Steuer-Voreilwinkel ßmini auf 80°, der minimale Steuer-Voreilwinkel ßmin2 auf 71° und der minimale Steuer-Voreilwinkel ßmin3 auf 62° eingestellt werden.

Wie sich aus den obigen Meßwerten ersehen läßt, wird der äquivalente Störstrom Jp insgesamt noch kleiner, wenn die Steuerung mit mehreren minimalen Steuer-Voreilwinkeln unterschiedlicher Werte erfolgt.

Wie ferner ersichtlich, ergibt die Steuerung des Umformers nach dem oben beschriebenen Steuerverfahren im
Vergleich zu den Meßergebnissen nach Fig. 11 einen insgesamt noch kleineren äquivalenten Störstrom Jp.

PS/CW

Claims

PATENTANWÄLTE (. / b O O U ν/ SCHIFF v. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK MARIAHILFPLATZ 2*3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O1 D-8OOO MÖNCHEN 95 Hitachi, Ltd. DA-5551 12. Dezember 1977 Umformer

1.) Umformer zur Umformung von Wechselstrom- in Gleichstromleistung oder umgekehrt, gekennzeichnet durch eine Thyristorbrücke mit mindestens vier Thyristoren (101... 104), die auf mindestens zwei Gruppen (P1, P2) von Brükkenzweigen aufgeteilt sind, deren Zündwinkel gesteuert werden, eine erste Steuereinrichtung (230) zur Steuerung einer Gruppe (P1) von Brückenzweigen der Thyristorbrücke mit einem minimalen Steuer-Voreilwinkel (ßmin) sowie eine zweite Steuereinrichtung (220) zur Steuerung der anderen Gruppe (P2) von Brückenzweigen mit einem Steuer-Voreilwinkel (ß), der größer ist als der minimale Steuer-Voreilwinkel (ßmin).

2. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die zweite Steuereinrichtung eine Einrichtung (210) zur

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Erzeugung eines Begrenzungssignals (Sßlim) mit einem unteren Grenzwinkel (ßlim), der größer ist als der minimale Steuer-Voreilwlnkel (ßmin), sowie eine Einrichtung (220) zur Erzeugung eines Zündsignals (GPß) umfaßt, dessen Steuer-Voreilwinkel (ß) größer ist als der untere Grenz winkel (ßlim).

3. Umformer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine mit der besagten anderen Gruppe (P2) von Brückenzweigen verbundenen Drossel (110).

4. Umformer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine weitere Gruppe (P41) bildende Thyristoren (161, 162), die mit einem minimalen Steuer-Voreilwinkel (ßmin3) gesteuert werden, der kleiner ist als der erstgenannte Steuer-Voreilwinkel (ßmini).

ρ, ο ο ί r, ι η ρ L '>