Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für eine transforma
torisch gespeiste steuerbare Einphasen-Stromrichterbrücke, wie sie im Ober
begriff des Anspruches näher definiert ist.The invention relates to a circuit arrangement for a transforma
Torically powered controllable single-phase converter bridge, as in the upper
Concept of the claim is defined in more detail.
Eine Stromrichterbrücke dieser Art in unsymmetrisch halbsteuerbarer Ausfüh
rung ist z. B. aus Elektrische Bahnen, 47 (1976), H. 6, S. 134 Bild 4 bekannt
geworden. Die dort verwendete 3C-Schaltung ist als löschbare, unsymmetrische
Brückenschaltung (LUB) mit herkömmlichen Thyristoren und 3 Kondensator-Lösch-
und Umladekreisen aufgebaut.A converter bridge of this type in asymmetrically semi-controllable execution is z. B. from Electric Railways, 47 (1976), H. 6, p. 134 Fig. 4 become known. The 3C circuit used there is constructed as an erasable, asymmetrical bridge circuit (LUB) with conventional thyristors and 3 capacitor quenching and recharging circuits.
Der Spannungsstellbereich bei solchen Stromrichterbrücken ist dadurch einge
engt, daß die Löschkondensatoren ihre gespeicherten Energien stets nur im
Löschaugenblick freigeben
können. Dabei addiert sich die Kondensatorspannung im Ab
schaltaugenblick als Nadelimpuls zur Transformator-Augen
blickspannung (Eingangsspannung), bevor die Spannung di
rekt auf Null geht. Das führt zu erhöhten Beanspruchungen und Schonzeiten
und letztlich zu größeren Glättungsdrosseln, die diese
Spannungen mit aufnehmen müssen. Es sind außerdem bipolare
Löschkondensatoren erforderlich.The voltage setting range for such converter bridges is thus limited
narrows that the quenching capacitors always save their stored energies only in
Release instant deletion
can. The capacitor voltage in the Ab adds up
Switching instant as a needle impulse to the transformer eyes
line of sight (input voltage) before the voltage di
right goes to zero. This leads to increased demands and seasons
and ultimately to larger smoothing chokes that this
Have to absorb tensions. They are also bipolar
Quenching capacitors required.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Spannungsstellbereich zu
erhöhen und die Beanspruchung bei vereinfachter Schaltung
günstiger zu gestalten. Netzrückwirkungen sollen vermindert
werden.The object of the invention is to adjust the voltage range
increase and the stress with a simplified circuit
to make it cheaper. Network interference is said to be reduced
will.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gemäß den kennzeich
nenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte und
zweckmäßige Ausgestaltungsmöglichkeiten sind den Unteran
sprüchen entnehmbar.This object is characterized according to the invention
nenden features of claim 1 solved. Beneficial and
Appropriate design options are the Unteran
sayings removable.
Anhand eines schematischen Ausführungsbeispieles wird die
Erfindung im nachstehenden näher erläutert, wozu auch auf
die Zeichnungsfigur verwiesen wird. Diese zeigt eine Strom
richterbrücke I, die von einem Transformator 1 gespeist über
eine stromprägende Drossel 2 auf eine Last 3, z. B. einen
Motor wirkt. Die unsymmetrisch halbsteuerbare Stromrichter
brücke I ist in den Brückenzweigen a und b mit GTO-Thyristoren
(Abschaltthyristoren) 4 und 5 besetzt. In den Brückenzweigen
c und d liegen nicht gesteuerte Ventile 6 und 7, die auch
als Freilauf auf die Last wirksam werden. In den steuer
baren Brückenzweigen a, b ist den GTO-Thyristoren 4 bzw. 5
je eine Entkopplungsdiode 8 bzw. 9 vorgeschaltet, wobei
zwischen den zugehörigen Ventilen 4/8 bzw. 5/9 die Pole eines
Speicherkondensators 10 angeschlossen sind. Die Pole des
Speicherkondensators 10 sind ferner verkreuzt über nicht ge
steuerte, gleichsinnig zu den Brückenzweigventilen liegende
Sperrventile 11 und 12 direkt mit den ungleichnamigen Gleich
polen der Stromrichterbrücke I verbunden.The invention is explained in more detail below on the basis of a schematic exemplary embodiment, to which reference is also made to the drawing figure. This shows a current converter bridge I , which is fed by a transformer 1 via a current-inductor 2 to a load 3 , for. B. acts an engine. The unbalanced semi-controllable converter bridge I is occupied in the bridge branches a and b with GTO thyristors (switch-off thyristors) 4 and 5 . In the bridge branches c and d there are uncontrolled valves 6 and 7 , which also act as a freewheel on the load. In the controllable bridge branches a, b , the GTO thyristors 4 and 5 each have a decoupling diode 8 and 9 connected upstream, the poles of a storage capacitor 10 being connected between the associated valves 4/8 and 5/9 . The poles of the storage capacitor 10 are also crossed over not ge controlled, in the same direction to the bridge branch valves check valves 11 and 12 directly connected to the unlike poles of the converter bridge I.
Der Speicherkondensator 10 soll die Energien zwischenspei
chern, die beim Abschalten der Brückenzweige durch Induk
tivitäten je nach Aussteuerungsgrad frei werden und die
nicht im Freilauf über die Ventile 6, 7 liegen. Hier kommt
insbesondere der Transformator 1 in Betracht, der z. B. eine
Induktivität von 250 µH aufweisen kann. Die Energien aus
Drossel 2 und Last 3 sind über die Ventile 6, 7 abbaubar.The storage capacitor 10 is intended to interpose the energies which are released when the bridge branches are switched off by inductivities, depending on the degree of modulation, and which are not freewheeling via the valves 6, 7 . Here in particular the transformer 1 comes into consideration, the z. B. may have an inductance of 250 μH. The energies from choke 2 and load 3 can be dissipated via valves 6, 7 .
Wenn bei Lastspeisung 3 eines der steuerbaren Ventile
z. B. GTO-Thyristor 5 abschaltet, dann verläuft der Stromweg
nicht mehr über 1, 6, 2, 3, 5, 1, sondern über
1, 6, 2, 3, 12, 10, 9, 1. Dabei wird die Spannung am Spei
cherkondensator 10 gegenüber der je nach Aussteuerungsgrad
herrschenden Motorklemmenspannung um dieses Schalt Δ u ange
hoben. Bevor zur nächsten Halbwelle jetzt GTO-Thyristor 4
gezündet wird, werden in der verbleibenden Spannungsnullzeit,
d. h. zu einem gewünschten Zeitpunkt beim Spannungsnull
durchgang, kurzzeitig die beiden GTO-Thyristoren 4 und 5 ge
zündet und damit der Speicherkondensator 10 über Drossel 2
und Last 3 um dieses Δ u entladen. Die GTO-Thyristoren 4 und
5 erlöschen selbsttätig. Danach wird zur anstehenden nächsten
Halbwelle GTO-Thyristor 4 gezündet und das Spiel wiederholt
sich. Schaltet GTO-Thyristor 4 ab, verläuft der Stromweg
statt über 1, 8, 4, 2, 3, 7, 1 dann über 1, 8, 10, 11, 2, 3,
7, 1 unter erneuter Δ u-Überladung von Speicherkondensator
10 und kurzzeitiger Entladung über die GTO-Thyristoren 4 und
5.When at load supply 3 one of the controllable valves z. B. switches off GTO thyristor 5 , then the current path no longer runs over 1, 6, 2, 3, 5, 1, but over 1, 6, 2, 3, 12, 10, 9, 1 . The voltage at the storage capacitor 10 is raised by this switching Δ u compared to the motor terminal voltage depending on the degree of modulation. Before GTO thyristor 4 is now ignited for the next half-wave, the two GTO thyristors 4 and 5 are briefly ignited in the remaining zero voltage time, ie at a desired point in time at zero voltage, and thus the storage capacitor 10 via inductor 2 and load 3 discharge this Δ u . The GTO thyristors 4 and 5 go out automatically. Then the next half wave GTO thyristor 4 is ignited and the game repeats itself. If GTO thyristor 4 switches off, the current path runs instead of 1, 8, 4, 2, 3, 7, 1 then via 1, 8, 10, 11, 2, 3, 7, 1 with renewed Δ u overload of the storage capacitor 10 and brief discharge via GTO thyristors 4 and 5 .
Der Speicherkondensator 10 ist stets auf Motorklemmenspannung
vorgeladen und wird nur von der hauptsächlich vom Transformator frei werdenden Energie beim
Abschalten höher geladen. Die Ventile 11 und 12 werden nur
während des Abschaltvorganges leitend. Die Sperrventile 11
und 12 haben eine Art Überlauffunktion.
The storage capacitor 10 is always precharged to the motor terminal voltage and is only charged higher by the energy that is mainly released by the transformer when it is switched off. The valves 11 and 12 only become conductive during the shutdown process. The check valves 11 and 12 have a kind of overflow function.
Der Stromeinsatz im Netz wird im vorliegenden Fall durch das um 180° ver
setzte Zünden der GTO-Thyristoren 4 und 5 eingeleitet und durch Abschalten
unterbrochen. Das gleichzeitige Zünden der GTO-Thyristoren 4 und 5 dient
der Entladung des Speicherkondensators 10, der die Abschaltenergie zwischen
gespeichert hat, in Bereichen des Nulldurchganges zwischen zwei Halbwellen
auf den Verbraucher. Dadurch wird ohne Netzstrom der Stromfluß im Ver
braucher aufrecht erhalten, was bedeutet, daß auch keine Blindleistung ent
steht, die jeweils eine Netzstromerhöhung mit sich bringt. Damit ergibt sich
letztlich auch eine Reduzierung an Netzrückwirkung. Innerhalb einer Halb
welle kann mehrere Male geschaltet werden, wodurch der Leistungsfaktor noch
weiter verbessert werden kann. Der niedrigste Netzstrom ergibt sich, wenn
der Stromschwerpunkt mit dem Scheitelwert der Spannung übereinstimmt. Das
ist nur mit An- und Abschnittssteuerung zu erreichen. Von Vorteil ist noch
zu nennen, daß keine zusätzliche Beanspruchung der Bauteile mehr durch die
sonst additive Entladungsspitze des Kondensators erfolgt, die Schaltung un
kompliziert unter Verwendung nur eines unipolaren Speicherkondensators und
weitgehenden Fortfall von Löschkondensatoren aufgebaut werden kann. Ein
Spannungsstellbereich von Null auf 100% ist bei Gleichrichterbetrieb mög
lich. Bei Wechselrichterbetrieb ist der Spannungsstellbereich größer als
bei konventionellen und LUB-Stromrichtern.The use of electricity in the network is initiated in the present case by igniting the GTO thyristors 4 and 5 by 180 ° and interrupted by switching off. The simultaneous firing of the GTO thyristors 4 and 5 serves to discharge the storage capacitor 10 , which has stored the switch-off energy, in areas of zero crossing between two half-waves to the consumer. As a result, the current flow in the consumer is maintained without mains current, which means that there is also no reactive power ent, each of which entails an increase in the mains current. This ultimately results in a reduction in network feedback. It can be switched several times within a half-wave, which can further improve the power factor. The lowest mains current results when the current center of gravity coincides with the peak value of the voltage. This can only be achieved with section and section control. It should also be mentioned that there is no additional stress on the components due to the otherwise additive discharge peak of the capacitor, the circuit can be constructed in a complicated manner using only a unipolar storage capacitor and extensive elimination of quenching capacitors. A voltage setting range from zero to 100% is possible with rectifier operation. With inverter operation, the voltage setting range is larger than with conventional and LUB converters.
Neben der Anwendung der Schaltung bei halbsteuerbaren Brücken ist dies auch
bei vollsteuerbaren Stromrichterbrücken mit GTO-Thyristoren in den Haupt-
oder Löschkreisen möglich. Dabei ist es vom Prinzip her ohne Bedeutung, ob
die GTO-Thyristoren im Lösch- oder Hauptkreis liegen. Bei großen Leistungen
kann es wirtschaftliche Vorteile bringen, wenn die GTO-Thyristoren nur zum
Abschalten eingesetzt werden.In addition to using the circuit with semi-controllable bridges, this is also the case
with fully controllable converter bridges with GTO thyristors in the main
or extinguishing circles possible. In principle, it is irrelevant whether
the GTO thyristors are in the quenching or main circuit. For great performances
it can bring economic advantages if the GTO thyristors only for
Shutdown can be used.