DE3725515A1 - Loeschverfahren fuer steuerbare stromrichter - Google Patents

Loeschverfahren fuer steuerbare stromrichter

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruchs 1.
Das Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft Antriebssysteme mit ein­ geprägtem Zwischenkreisstrom für Bahn- und Industrieanwendungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem ein Gleichstrom-Zwischenkreis aus einem Wechselspannungsnetz mit möglichst optimalem Leistungsfaktor bei minimalen Oberschwingungen des Netzstromes gespeist wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.
Der Gleichstrom-Zwischenkreis wird über einen konventionellen Strom­ richter mit steuerbaren Ventilen gespeist. Zur Kompensation der Blind­ leistung ist ein selbstgeführter Stromrichter mit eingeprägter Gleich­ spannung (Blindleistungsstromrichter) wechselspannungsseitig parallel­ geschaltet.
Die Polarität der gemeinsamen wechselseitigen Eingangsspannung wird durch den Blindleistungsstromrichter vorgegeben und dient als Kommu­ tierungsspannung für die steuerbaren Ventile des Hauptstromrichters. Die steuerbaren Ventile des Hauptstromrichters können durch den Blind­ leistungsstromrichter zu einem vorgegebenen Zeitpunkt gelöscht werden, und der Hauptstromrichter kann somit in Sektorsteuerung betrieben werden.
Der Blindleistungsstromrichter braucht dann nur die Oberschwingungs­ blindleistung und keine Grundschwingungsblindleistung zu kompensieren, obwohl der Hauptstromrichter nur als Brückenschaltung mit nicht über den Steueranschluß abschaltbaren Ventilen ausgeführt ist. Die Baulei­ stung des Blindleistungsstromrichters kann daher im Vergleich zum Be­ trieb des Hauptstromrichters bei Anschnittsteuerung stark (um fast die Hälfte) verringert werden.
Der selbstgeführte Stromrichter (2) mit eingeprägter Gleichspannung (Blindleistungsstromrichter) kann während der Zeit, in der er nicht zur Löschung benötigt wird, so gepulst betrieben werden, daß der Ge­ samtstrom im Netz einen möglichst sinusförmigen Verlauf aufweist und der Leistungsfaktor des gesteuerten Hauptstromrichters (1) einen vor­ gegebenen Wert (z.B. cosϕ = 1) einhält.
Statt einer einphasigen Wechselspannungsquelle kann bei Industriean­ wendungen auch eine dreiphasige benutzt werden, wobei dann die Strom­ richter in bekannter Weise zu erweitern sind.
Bei zweipulsigem Hauptstromrichter (3) kann die Einspeisung aus einem Gleichspannungsnetz erfolgen, wobei der selbstgeführte Stromrichter (2) ein Betreiben des steuerbaren Hauptstromrichters (3) als Zweiquadrant­ steller ermöglicht. Während der Zeit, in der der selbstgeführte Strom­ richter nicht zur Löschung benötigt wird, wird der ausgangsseitige Kon­ densator durch Dauerzündung der entsprechenden abschaltbaren Thyristo­ ren als Glättungskondensator genutzt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen
die Fig. 1 den Zusammenschluß des Hauptstrom­ richters mit dem selbstgeführten Stromrichter mit eingeprägter Gleich­ spannung (Blindleistungsstromrichter),
die Fig. 2a den Kommutierungsstrom zur Unterbrechung des Eingangsstromes des steuerbaren Haupt­ stromrichters,
die Fig. 2b die Zeitverläufe der Eingangsströme der beiden Stromrichter während einer Kommutierung und
die Fig. 3a-3c die Verläufe der Netzspannung, des Netz­ stromes und der Eingangsströme des Haupt­ und des Blindleistungsstromrichters über eine Periode.
In der Fig. 1 ist mit 1 die Primärwicklung eines Transformators T als Spannungsquelle dargestellt; angedeutet ist die Entnahme aus einem Bahnnetz. Die Sekundärwicklung 1 a des Transformators führt auf den wechselspannungsseitigen Eingang eines steuerbaren Stromrichters 3 in Brückenschaltung. Der Hauptstromrichter führt auf einen Wechsel­ richter 5, mit dem eine Asynchronmaschine ASM gesteuert wird. Mit 4 ist eine Glättungsdrossel im Zwischenkreis bezeichnet. Mit T 1, T 2, T 3 und T 4 sind die Thyristoren der Brückenschaltung bezeichnet.
Parallel zu den wechselspannungsseitigen Anschlüssen des Hauptstrom­ richters ist ein selbstgeführter Stromrichter 2 mit eingeprägter Gleichspannung angeschlossen. Zur Entkopplung vom speisenden Wech­ selspannungsnetz ist die Induktivität 1 b notwendig. Es ist sinnvoll, einen Transformator mit großer Steuerung zu verwenden. Es ist ein Gleichspannungskondensator 6 vorgesehen, der über eine Brückenschal­ tung mit den wechselspannungsseitigen Anschlüssen des Hauptstromrich­ ters verbunden ist, und bei der jeder Brückenzweig ein abschaltbares Ventil mit antiparalleler Diode enthält, wobei die Kathode der Dioden der einen Brückenhälfte an den Pluspol des Kondensators und die Anode der Dioden der anderen Brückenhälfte an den Minuspol des Kondensa­ tors angeschlossen ist.
Fig. 2a zeigt den Kommutierungsstrom während der Löschung des steuer­ baren und nicht über einen Steueranschluß abschaltbaren Ventils T 1 des Hauptstromrichters.
In Fig. 2b sind die Zeitverläufe der Eingangsströme des Hauptstromrich­ ters und des Blindleistungsstromrichters während dieser Kommutierung dargestellt. Der Eingangsstrom des Hauptstromrichters wird mit i 1, der Eingangsstrom des Blindleistungsstromrichters mit i K und der Netzstrom mit i N bezeichnet. Der Laststrom behält während der Kommutierung den konstanten Wert I D . Es sind drei verschiedene Zeitabschnitte a, b, c betrachtet.
Bereich a
Die Ventile T 1 und T 4 des Hauptstromrichters leiten. Ein Teil des Last­ stromes I D - vgl. Fig. 1 - wird aus dem Blindleistungsstromrichter bezo­ gen. Durch die Löschung der löschbaren Ventile des Blindleistungsstrom­ richters kann dieser jederzeit die Spannung an den wechselspannungssei­ tigen Klemmen des Hauptstromrichters auf die zur Kommutierung notwendige Polarität einstellen.
Bereich b
Nach der Zündung von T 2 treibt die nahezu konstante Spannung am Konden­ sator 6 den in Fig. 2a dargestellten Kommutierungsstrom, dessen Anstieg durch Streuinduktivitäten begrenzt ist. Der Strom durch T 2 steigt, und der Strom durch T 1 wird gelöscht. Das Vorzeichen des Stromes i K in dem Blindleistungsstromrichter wird invertiert, wobei i K von den Dioden auf die antiparallel liegenden GTO′s kommutiert. Die Kommutierungsdauer ist im Gegensatz zum netzgeführten Stromrichter unabhängig vom Augenblicks­ wert der Netzspannung.
Bereich c
Die Kommutierung ist beendet, wenn i 1 Null ist und der Laststrom I D über T 2 fließt. Der Blindleistungsstromrichter führt dann den Netzstrom i N .
Fig. 3a-3c zeigen den Verlauf der Netzspannung, des Netzstromes i N , des Eingangsstromes des Hauptstromrichters i 1 und des Eingangsstromes des Blindleistungsstromrichters i K während einer Periode.
Es ist sinnvoll, im Hauptstromrichter zwei Netz- und zwei Frequenzthy­ ristoren zu verwenden:
Während der Schonzeit der steuerbaren Ventile muß eine geeignete Span­ nung an den Klemmen des Brückengleichrichters anliegen. An der Netz­ drossel, die zur Entkopplung vom Wechselspannungsnetz notwendig ist, fällt die Spannungsdifferenz ab. Wenn beide Spannungsquellen gleiche Polarität haben, ist diese Spannungsdifferenz klein (bei Einschalten der Brücke), haben sie unterschiedliche Polarität, ist diese Span­ nungsdifferenz groß (bei Ausschalten der Brücke). Entsprechend unter­ schiedlich ist die Steilheit des Netzstromes während der Schonzeit. Soll die Änderung des Netzstromes während der Schonzeit gleich sein, ergeben sich unterschiedliche Schonzeiten beim Einschalten und Aus­ schalten der Brücke. Es ist daher, wie oben angegeben, sinnvoll, die gesteuerte Brücke aus zwei Netz- und zwei Frequenzthyristoren aufzu­ bauen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Löschung der steuerbaren und nicht über einen Steuer­ anschluß abschaltbaren Hauptzweigventile von Stromrichtern in Zwei- und Mehrpulsbrückenschaltung (Hauptstromrichter), dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den wechselspan­ nungsseitigen Anschlüssen ein selbstgeführter Stromrichter mit eingeprägter Gleichspannung angeschlossen ist, der durch Vor­ gabe der Polarität der wechselseitigen Eingangsspannung des Hauptstromrichters so betrieben wird, daß er die steuerbaren Ventile des Hauptstromrichters (3) zu einem vorgegebenen Zeit­ punkt löscht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der selbstgeführte Stromrich­ ter (2) mit eingeprägter Gleichspannung während der Zeit, in der er nicht zur Löschung benötigt wird, so gepulst betrieben wird, daß der Gesamtstrom im Netz einen möglichst sinusförmigen Verlauf aufweist und der Leistungsfaktor des gesteuerten Haupt­ stromrichters (1) einen vorgegebenen Wert (z.B. cosϕ = 1) ein­ hält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichspannungskondensator (6) vorgesehen ist, der über eine Brückenschaltung mit den wechselspan­ nungsseitigen Anschlüssen des Hauptstromrichters (3) verbunden ist, und bei der jeder Brückenzweig ein abschaltbares Ventil mit anti­ paralleler Diode enthält, wobei die Kathoden der Dioden der einen Brückenhälfte an den Pluspol des Kondensators und die Anoden der Dioden der anderen Brückenhälfte an den Minuspol des Kondensators angeschlossen sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei zweipulsigem Hauptstromrich­ ter (3) die Einspeisung aus einem Gleichspannungsnetz erfolgt, wobei der selbstgeführte Stromrichter (2) ein Betreiben des steuerbaren Hauptstromrichters (3) als Zweiquadrantsteller ermöglicht.
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