DK141228B - Selvkommuteret, selvstyret vekselretterkobling. - Google Patents

Description

n25/ OD FREMLÆGGELSESSKRIFT 141228 DANMARK 16,) ln, c|3i II I ,^J5 §(21) Ansøgning nr. 256l/7l (22) Indleveret den 26. m& j 1971 (23) Løbedag 26. maj 1971 (44) Ansøgningen fremlagt og

fremlæggelsessitrTftet offentliggjort den 4 . f eb. 198Q

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (3°) Prioritet begæret fra den

28. maj 1970, 7225/70, SE

i (71) ASEA AKTIEBO LAG, Vaesteråe, SE.

(72) Opfinder: Bo Hermansson, Åskledargatan 18, Vaesteråe, SE: Kjeld Thor* borg, Ladugårctsgatan 5, Vaesterås, SE.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Lehmann & Ree.

(54) Selvkommuteret, selvstyret vekselretterkobling.

Den foreliggende opfindelse angår en selvkommuteret, selvstyret vekselretterkobling af den i krav l's indledning angivne art.

Sådanne vekselretterkoblinger er velkendte og anvendes specielt ved induktive belastninger, f.eks. til strømforsyning af induktionsovne. Belastningen parallelkobles herved med et kondensatorbatteri, som er således dimensioneret, at den således dannede parallelsvingningskreds får en ønsket egenfrekvens. Strømretteren styres i vekselretter-drift og leverer vekselspændingsenergi til belastningen. Frekvensen af belastningsspændingen bliver derved i hovedsagen lig med den nævnte egenfrekvens. Svingningskredsen fungerer scan kommuteringsvekselspæn-dingskilde. Ved at gøre styrevinklen ved strømretterventilerne variabel i forhold til belastningsspændingen kan amplituden af sidstnævnte spænding gøres styrbar.

Hvis man ønsker at gøre frekvensen variabel, kan dette imidlertid i hovedsagen kun gøres ved, at reaktanserne af svingningskred- 2 141228 sens elementer gøres variable, f.eks. ved indkobling af forskellige antal kondensatorer i kondensatorbatteriet. Af let forståelige praktiske og økonomiske grunde kan der herved kun muliggøres en frekvensregulering i få og grove trin.

Fra schweizisk patentskrift nr. 464.338 kendes en vekselret-ter, som er belastningskommuteret. Belastningen danner sammen med en kondensator en parallelsvingningskreds. Fra denne kreds fås kommute-ringsspændingerne for vekselretterens tyristorer. Dette medfører, at vekselretteren med hensyn til sin funktion er helt afhængig af tilstedeværelsen af en induktiv belastning af passende størrelse. Vekselretteren kan altså ikke føde en vilkårlig belastning, og den kan ikke arbejde i tomgang. Endvidere er arbejdsfrekvensen låst til svingningskredsens egenfrekvens.

Ved en vekselretterkobling ifølge opfindelsen, der er ejendommelig ved de i krav l's kendetegnende del angivne foranstaltninger, opnås derimod på en enkel måde mulighed for trinløs regulering af frekvensen indenfor et stort område, ligesom der da naturligvis også fås mulighed for nøjagtigt at styre eller regulere frekvensen til ønsket værdi. Samtidig bibeholdes mulighederne for spændingsstyring. Vekselretteren kan føde en vilkårlig belastning med vilkårlig frekvens, hvilket opnås uden komplicerede og kostbare tvangskommuteringskredse.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en udførelsesform for en strømretterkobling ifølge opfindelsen, fig. 2 og 3 alternative udførelsesformer for den styrbare strømkreds , fig. 4 kurveformerne af de vigtigste størrelser ved koblingen i fig. 1, fig. 5 tilsvarende kurveformerne ved den alternative udførelsesform i fig. 2 og fig. 6 en enkel og fordelagtig udførelsesform for et styreorgan til styring af en strømretterkobling ifølge opfindelsen.

I fig. 1 strømforsynes strømretteren SI over en udglatningsreaktor RI (som er så stor, at jævnstrømmen bliver kontinuerlig) fra en jævnspændingskilde 1, som kan udgøres af f.eks. et akkumulatorbatteri eller en fra et vekselspændingsnet forsynet diode- eller tyristorensretter. Strømretteren består af fire tyristorer 11-14, der er indrettet til på kendt måde at tændes parvis henholdsvis 11, 12 og 13, 14 og skiftevis fra et i figuren ikke vist styreimpulsorgan. Tændingen er indrettet 3 141228 til at finde sted med en tændforsinkelse i forhold til spændingen på strømretterens vekselspændingsside på mellem 9o° og· l8o°, hvorfor strøm-retteren arbejder i vekselretterdrift og føder energi fra sin jævn- til sin vekselspændingsside. Til vekselspændingssiden er sluttet en parallelkreds omfattende en kondensator 2 og en reaktor 3 og endvidere en modstand 4, som antyder den ækvivalente modstand af det belastningsobjekt, som strømforsynes fra strømretteren. Belastningsobjektet kan være induktivt ,ihvilket tilfælde det som vist tilsluttes parallelt med kondensatoren 2. Hvis belastningsobjektet er rent resistivt, kan induktansen af reaktoren R2 anvendes til svingningskredsen, og der behøves da ikke anvendelse af en særskilt reaktor 3· Strømretteren kan naturligvis også anvendes til strømforsyning af et vekselspændingsnet, f.eks. ved nødstrømsaggregater.

Til strømretterens vekselspændingsudtag er endvidere sluttet en styrbar strømkreds med tilslutningskleimner 5 og 6. Den består af en anden strømretter S2 med tyristorer 21-24 samt reaktoren R2 tilsluttet strømretterens jævnspændingsside. Tyristorerne styres fra et ikke vist styreimpulsorgan på kendt måde, så at der over reaktoren fås en variabel jævnspænding. Hvis kredsen, reaktor + tyristorer, var tabsfri, ville tændforsinkelsen af tyristorerne nødvendigvis altid være nøjagtigt 9o°, hvilket ville give jævnspændingen nul og en endelig strøm gennem reaktoren. Kredsen har imidlertid altid visse tab. Tændforsinkelsen må altså formindskes noget fra 9o°,for at der skal gå en strøm, og ved at variere tændforsinkelsen kan reaktorstrømmens størrelse styres. Den fra vekselstrømssiden udtagne strøm ligger altså næsten 9o° faseforskudt efter vekselspændingen og bliver altså praktisk taget en rent induktiv strøm. Den styrbare strømkreds S2, R2 fungerer altså som en forbruger af en variabel induktiv strøm, eller hvilket er det samme, den frembringer en variabel kapacitiv strøm.

Ved at formindske tændforsinkelsen S2 fra 9o° forøges strømmen i R2,og dermed vokser den induktive belastningsstrøm til kredsen. For at ligevægten mellem induktiv og kapacitiv strøm i kredsen skal opretholdes skal også den kapacitive strøm forøges, hvilket sker ved, at belastningsspændingens frekvens vokser. Denne frekvens kan altså på en simpel og i princippet tabsfri måde styres indenfor vide grænser ved styring af strømretteren S2*s tændforsinkelse.

Fig. 2 viser en anden udførelsesform for den styrbare strømkreds. Reaktoren R2 er her seriekoblet med antiparallelkoblede tyristorer 25 »26 og gennemløbes af en induktiv vekselstrøm, hvis størrelse kan 4 14122« varieres ved styring af tyristorerne.

Pig.3 viser en udførelsesformhvor reaktoren R2 er forsynet med et midtpunktsudtag 29} der er sluttet til kredsens ene tilslutningsklemme 6. Reaktorens frie ender er over de modsat rettede tyristorer 27,28 forbundet med kredsens anden tilslutningsklemme 5· Kredsens funktion stemmer i alt væsentligt overens med funktionen af den i fig. 1 viste kreds.

Fig. 4 viser belastningsspændingen Ul, vekselstrømmen II fra strømretteren SI, spændingen over reaktoren R2, strømretteren S2's vekselstrøm 12 og reaktorstrømmen 1^ i kredsen i fig. 1. Refereneeret- ningerne fremgår af fig. 1. Som det vil ses af II,sker tændingen af tyristorerne i SI en vinkelβ før hver nulgennemgang af vekselspændingen Ul.yS skal være så meget større end nul, at de kommuterede tyristorer når at restitueres, inden de påny får spærrespænding. Ved ændring afβ kan vekselspændingens amplitude styres. Eftersom forsyningsjævnspændingen fra kilden 1 er konstant, bliver vekselspændingen Ul proportional med —, hvoraf følger, at/3 skal være mindre end 9o°,for at der ikke skal fås teoretisk uendelig vekselspændingsamplitude. Som det fremgår af U^, tændes tyristorerne i S2 en vinkel oL før hver nulgennemgang, hvor Λ er noget større end 9o°. Ved ændring af ot styres størrelsen af reaktor-strømmen 1^ og dermed som ovenfor vist vekselspændingens frekvens.

Fig. 5 viser samme størrelser ved udførelsesformen i fig. 2. Reaktoren R2 gennemløbes her af vekselstrømmen, hvorfor 12 = 1^. Vinklen eC kan her styres mellem 0° og 9o°, hvilket ændrer 1^ mellem nul og dens maksimalværdi og dermed ændrer frekvensen fra dens minimums- til dens maks imums vær di.

Fig. 6 viser et styreimpulsorgan til tilvejebringelse af den ønskede styring af kredsen i fig. 1. Det ligger naturligvis mest nær at afføle nulgennemgangene af vekselspændingen Ul og i forhold til disse udløse tændimpulser til tyristorerne til de af vinklerne ot* og /3 definerede tidspunkter. En sådan styremetode bliver relativt kompliceret og medfører på grund af den variable frekvens visse problemer. Ved den i fig. 6 viste styrekreds er behovet for låsning af tændtidspunkterne til vekselspændingen elimineret, hvilket eliminerer disse problemer og forenkler styreimpulsorganet væsentligt.

En fritsvingende impulsgenerator 3o afgiver impulser med en variabel frekvens, som er fire gange den ønskede vekselspændingsfrekvens. Impulserne trigger en multivibrator 31 skiftevis til etstillingen og nulstillingen. Hveranden impuls fra generatoren omstiller altså over en differentiationskreds 32 en muMvibrator 33, hvorved to tyristorer i 5 141228 strømretteren S2 tændes over forstærkere henholdsvis 34 og 35· Hveranden gang tændes tyristorerne 23,24 og hveranden gang tyristorerne 21,22.

Midt imellem hver sådan tænding fås en impuls fra multivibratoren 31's nuludgang, som over en differentiationskreds 36 i et kort øjeblik slutter en elektronisk kontakt 37· En kondensator 38 udlades derved momentant, hvorefter den frem til næste udladning med konstant strøm oplades fra en spændingskilde 4o over en modstand 39. Kondensatorspændingen, som altså er en savtakspænding, sammenlignes i en komparator 41 med en variabel referencespænding, som fås fra en til en Bpændingskilde 42 sluttet modstand 43. Når kondensatorspændingen overstiger referencespændingen, fås fra en niveaudiskriminator 44 en impuls, hvorved det ene eller det andet af de to tyristorpar henholdsvis 11,12 og 13,14 i strømretteren SI tændes over OG-kredse 48,49 og forstærkere 5°>51· Hvilket par, som tændes, bestemmes af stillingen af multivitcatoren 47, der, som det fremgår af figuren, styres fra multivibratorerne 31,33 over OG-kredse 45,46, så at det korrekte tyristorpar i SI tændes.

Den ønskede frekvens af vekselspændingen indstilles altså ved indstilling af generatoren 3o's frekvens. Det viser sig da, at vinklen , dvs. faseforskellen mellem tændimpulseme til S2 og vekselspændingen, automatisk indstiller sig på en sådan værdi, at kredsen S2, R2 frembringer netop den ved den aktuelle frekvens nødvendige kapacitive. strøm. Faseforskellen (0Ls-P ) mellem styreimpulserne til S2 og styreim-pulseme til SI kan ændres ved ændring af referencespændingen fra kredsen 42,43, og dermed kanβ altså varieres og dermed ønsket vekselspændingsamplitude indstilles, eftersom at er konstant ved konstant frekvens.

Det viste styreorgan kan naturligvis kompletteres med lukkede reguleringssystemer for spænding eller frekvens eller begge dele, og selvfølgelig kan alternative kendte eller nærliggende styreorganer anvendes i henhold til de ovenfor angivne principper.

Strømretterkoblingen ifølge opfindelsen er ovenfor vist og beskrevet i enfaset udførelse, men den kan naturligvis anvendes på fler-fasede strømrettere. Ved udførelsesformen i fig. 2 omskiftes da strømretterne SI og S2 med f.eks. trefasede strømrettere. Ved udføreIsesformerne i fig. 2 og 3 kan kredse i henhold til disse figurer i f.eks. trefaset udførelse tilsluttes mellem hvert par af faseledere i SI (trekantkobling) eller også mellem hver faseleder og et kunstigt nulpunkt (stjernekobling).