FI75699B - Stroemriktaranordning. - Google Patents

Description

1 75699

Virransuuntauslaite

Esillä olevan keksinnön kohteena on virransuuntauslaite, joka käsittää tasajännitekondensaattorin (CD) sekä ensimmäisen virransuuntaajan (SRI), jossa on vähintään yksi vaiheryhmä, jossa on pakkokommutointi. Jokaisessa vaihe-ryhmässä on kaksi sarjaankytkettyä haaraa (esim. TRI, DRl tai vast. TR2, DR2), joiden yhteenkytkentäpiste muodostaa ryhmän vaiheulosoton (R). Jokainen haara käsittää toiseen suuntaan ohjattavan ja toiseen suuntaan johtavan puoli-johdelaitteen (esim. TRI, DRl). Vaiheryhmät on rinnakkain toistensa kanssa liitetty kahden kiskon (P, N) väliin.

Kaksi vaiheryhmille yhteistä kommutointi-induktoria (LKl, LK2) on liitetty kummankin kiskon ja tasajännitekondensaattorin väliin. Virransuuntauslaite käsittää tämän lisäksi kaksinavan (TP), jossa on korkeammissa taajuuksissa induktiivinen impedanssi, joka on liitetty virransuuntaajaan energian kuljettamiseksi kaksinavan ja virransuuntaajan välillä.

Kuvio 1 esittää aikaisemmin tunnettua tämän tyyppistä vir-ransuuntauslaitetta. Ensimmäinen virransuuntaaja (SRI) on kolmivaiheinen itsekommutoitu vaihtosuuntaaja. Siinä on kaksi kiskoa (P, N), joiden väliin nämä kolme vaiheryhmää on liitetty. Jokainen vaiheryhmä muodostuu kahden silta-haaran sarjakytkennästä, jolloin jokainen haara muodostuu tyristorista ja sen kanssa antiparalleelikytketystä diodista. Vaiheen R vaiheryhmät muodostuvat siten tyristoreista TRI, TR2 sekä diodeista DRl, DR2. Siltahaarojen yhteenkytkentäpiste muodostaa vaihtosuuntaajan vaiheulosoton R. Vaiheiden S ja T vaiheryhmät ovat identtisiä vaiheen R vaiheryhmän kanssa. Vaihtosuuntaajalla on yhteinen kommutointipiiri, joka käsittää kommutointikondensaattorit CKl, CK2 sekä kommuntointi-induktorit LKl, LK2. Molemmat kondensaattorit on liitetty sarjassa sillan tasajännite-liitäntöjen PD ja ND väliin. Kumpikin kommutointi-induktori 2 75699 on liitetty toisen kiskoista P ja N sekä toisen vaihtosuuntaajan tasajänniteliitännöistä PD ja ND väliin. Jokaisella vaiheryhmällä on kaksi antiparalleelikytkettyä kommutointi-tyristoria, jotka on liitetty kommuntointikondensaattorei-den yhteenliitäntäpisteen ja vaiheryhmän vaiheulosoton väliin. Vaiheryhmän R kommutointityristoreita on merkitty merkillä KRl ja KR2, ja molempien muiden vaiheryhmien kommutointi-tyristoreita vastaavalla tavalla. Kommutointityristoreita ohjataan sinänsä tunnetulla tavalla siten, että kommutoin-tikondensaattoreiden uudelleenvaraus ja jokaisen vaiheryhmän tyristoreiden sammutus voidaan saada aikaan haluttuina ajankohtina jokaisessa jaksossa. Vaihtosuuntaajaa ohjataan sellaisella sinänsä tunnetulla tavalla, että jokainen vaihe-ryhmä luovuttaa suorakulmajännitteen vaiheulosotossaan 180°:n kestolla. Kolmea vaiheryhmää ohjataan 120°:n keskinäisellä vaihesiirrolla. Mahdollisesti voidaan sinänsä tunnetulla tavalla ohjata jokaisen vaiheryhmän jännitettä haluttuun amplitudiin ja/tai siihen, että se approksimoi sinusmuotoa siten, että se pulssileveysmoduloidaan ylimääräisten kommutointien avulla joka puolijakson aikana.

Tasajännitekondensaattori CD on liitetty vaihtosuuntaajan tasajänniteliitäntöjen PD ja ND väliin ja se muodostaa tasoituskondensaattorin välittäjätasajännitettä varten.

Kaksinapa TP, jossa on induktiivinen impedanssi, muodostetaan dioditasasuuntaussillasta DB, jossa on tasoitusinduk-tori tasavirtapuolellaan. Diodisillan vaihtojännitelii-tännät on tarkoitettu liitettäväksi ei-esitettyyn kolmivaiheiseen vaihtojänniteverkkoon. Käksinavan liitäntä-kohdat A ja B on liitetty vaihtosuuntaajan tasajännite-liitäntöihin PD ja ND. Vaihtoehtoisesti voi tietenkin diodisilta DB olla yksivaiheinen tai se voidaan korvata yhdellä yksi- tai monivaiheisella tyristorivirransuun-taajalla tai muulla tasajännitelähteellä.

li 3 75699 Tämän tyyppisissä virransuuntauslaitteissa häviöt muodostuvat olennaiselta osalta kommutointi-induktoreiden LK1 ja LK2 häviöistä.

Kuviossa IA esitetään virransuuntaajän tyypillisiä käyrä-muotoja tyhjäkäynnissä. Käyrät, joita on merkitty kirjaimilla R, S ja T, esittävät ohjauskäskyjä ohjauspulssilait-teeseen jakson aikana. Vaiheen muutoskäskyssä (esim. R) tapahtuu kondensaattorin käännös siten, että sammutus-tyristorille (KR1 tai KR2) annetaan ohjauspulssi. Virta syntyy diodin läpi, joka on antiparalleeli sen tyristorin kanssa, joka on sammutettava, jolloin tämä palautuu, s.o. saa takaisin estojännitekykynsä. Kääntö suoritetaan siten, että juuri vallitsevalle päätyristorille annetaan pulssi, jolloin syntyy toinen virtapulssi, niin että kondensaattori tehdään valmiiksi suorittamaan seuraava kommutointi.

Keksinnön tehtävänä on saada aikaan johdanto-osassa esitetyn tyyppinen virransuuntauslaite, jossa on olennaisesti alhaisemmat häviöt kuin aikaisemmin tunnetuissa tämän tyyppisissä virransuuntauslaitteissa.

Keksinnön mukaisen virransuuntauslaitteen tunnusmerkit on esitetty oheisissa vaatimuksissa.

Keksintöä selitetään seuraavassa oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa kuvio 1 esittää yllä esitettyä aikaisemmin tunnettua virran-suuntauslaitetta, kuvio 2 esittää keksinnön mukaista virransuuntauslaitetta, kuvio 3 esittää keksintöä, joka on sovitettu niin kutsuttuun verkkovirransuuntaajaan, esim. epätahtimoottoriveturiin, kuvio 4 esittää keksintöä, joka on sovitettu taajuuden-muuttajaan yksivaiheisesta verkosta tapahtuvaa syöttöä varten, kuvio 5 esittää keksintöä, joka on sovitettu vaihtosuun- 4 75699 taajaan, jossa on erilliset kommutointikondensaattorit jokaista vaiheryhmää varten, ja kuvio 6 esittää keksintöä, joka on sovitettu vaihtosuuntaajan toiseen muunnelmaan, jossa on erilliset kommutointi-kondensaattorit jokaista vaiheryhmää varten.

Kuvio 2 esittää keksintöä, joka on sovitettu kuviossa 1 esitetyn tyyppiseen vaihtosuuntaajaan. Virransuuntaaja sisältää samat komponentit kuin kuviossa 1 esitetty laite ja niitä on merkitty samalla tavalla. Keksinnön mukaisesti kaksinavan TP, joka muodostuu tasausinduktorilla LD varustetusta tasasuuntaajasillasta DB, liittimet A ja B on liitetty suoraan vaihtosuuntaajan molempiin kiskoihin P ja N. Induktoreilla LKl ja LK2 ja kondensaattoreilla CK1 ja CK2 varustettu kommutointipiiri tulee tämän johdosta olemaan liitettynä kiskoihin P ja N rinnakkain kaksinavan kanssa. Virransuuntauslaitteen ohjaus ja toiminta ovat samoja kuin kuviossa 1 esitetyssä kytkennässä. Kuvion 2 mukaisessa laitteessa saadaan olennainen etu siten, että virransuuntauslaitteen kuormitusvirta ei tule virtaamaan kommutointi-induktoreiden LKl ja LK2 läpi. Siten virransuuntauslaitteen häviöt vähenevät huomattavasti, millä on suurta taloudellista ja käytännön merkitystä.

Kuvio 3 esittää keksintöä, joka on sovitettu niin kutsuttuun verkkovirransuuntaajaan, esimerkiksi epätahtimoottorivetu-ria tai muita moottoriajoneuvoja varten. Virransuuntaajalla SRI on kaksi vaiheryhmää, mutta muutoin se on rakenteeltaan samanlainen ja siinä on samat komponentit (samoilla kompo-nenttimerkinnöillä) kuin kuvioissa 1 ja 2 esitetyillä vaihtosuuntaajilla .

Virransuuntaajän molemmat vaiheulosotot R ja S on tarkoitettu liitettäviksi yksivaiheiseen vaihtovirtaverkkoon, esimerkiksi taajuudella 16 2/3 Hz toimivaan radansyöttö-verkkoon. Virransuuntaajalla on edelleen kaksi tasavir-taulosottoa C ja D, joihin voidaan liittää esimerkiksi

II

5 75699 vaihtosuuntaaja epätahtimoottorin syöttämiseksi vaihtele-valla taajuudella. Tämän tyyppisissä yksivaiheisissa virran-suuntaajissa syntyy tasavirranpuoleinen korkean amplitudin omaava vaihtovirtakomponentti, joka aikaisemmin tunnetuissa virransuuntaajissa on virrannut kommutointi-induktanssien läpi ja aiheuttanut suuria häviöitä näissä. Välittäjässä, s.o. liitinten C ja D välissä, on tällöin ollut liitetty kaksinkertaiseen taajuuteen vaihtojänniteverkossa viritetty sarjasuodatin.

Keksinnön mukaisesti on nyt viritetty sarjasuodatin, joka muodostuu suodatininduktorista LF ja suodatinkondensaatto-rista CF, liitetty suoraan virransuuntaajan SRI kiskoihin P ja N. Sarjasuodatin LF-CF muodostaa siis kaksinavan, jossa on liittimet A ja B, jotka on suoraan yhdistetty kiskoihin P ja N. Tämän kaksinavan ja virransuuntauskisko-jen välissä virtaa vaihtovirta amplitudilla, joka on samaa suuruusluokkaa kuin virransuuntaajän kuormitusvirta. Nyt esitetyssä keksinnön mukaisessa virransuuntauslaitteessa tämä vaihtovirta ei tule virtaamaan kommutointi-indukto-reiden läpi, joiden läpi siten virtaa vain virransuuntaa-jan kuormitusvirran tasakomponentti. Tällä tavalla saadaan aikaan induktoreiden häviöiden voimakas väheneminen ja siten olennainen virransuuntauslaitteen kokonaishäviöiden väheneminen.

Kuvio 4 esittää keksinnön mukaista taajuudenmuuntajaa. Kaksinapa TP käsittää tässä tapauksessa tyristorivirran-suuntaajasillan TB, jossa on tasoitusinduktori LK. Sillan vaihtojänniteliitännät on tarkoitettu liitettäviksi monivaiheiseen vaihtovirtaverkkoon, esimerkiksi taajuudella 50 Hz. Virransuuntaaja SRI on yksivaiheinen virransuuntaaja, jossa on pakkokommutointi, ja joka on muodostettu ident-tisesti samalla tavalla kuin kuviossa 3 esitetty virransuuntaaja SRI, Virransuuntaajän SRI vaiheulosotot T ja S on tarkoitettu liitettäviksi yksivaiheiseen vaihtojännite-verkkoon, esimerkiksi radansyöttöverkkoon taajuudella 75699 16 2/3 Hz. Koska virransuuntaaja SRI on yksivaiheinen, syntyy voimakkaita tehosykkimisiä taajuudella, joka on ulosottoihin R ja S liitetyn yksivaiheisen vaihtojännite-verkon (33 Hz) kaksinkertainen taajuus. Näiden tehosykki-misien aiheuttamasta korkean amplitudin omaavasta vaihto-virtakomponentista huolehditaan induktorista LF ja kondensaattorista CF muodostuvalla taajuuteen 33 Hz viritetyllä sarjasuodattimella, joka on esitetty kuuluvaksi kaksinapaan TP. Keksintö saa aikaan tässä tapauksessa sen, ettei virransuuntaa jän kuormitusvirta eikä korkean amplitudin omaava vaihtovirtakomponentti, joka virtaa suodattimen ja kiskojen P ja N välissä, tule virtaamaan kommutointi-induktorei-den LK1 ja LK2 läpi. Keksintö saa aikaan tästä syystä myös tässä tapauksessa laitteen häviöiden voimakkaan vähenemisen.

Kuvio 5 esittää keksintöä, joka on sovitettu virransuun-tauslaitteeseen, joka on pääasiassa rakenteeltaan samanlainen kuin kuviossa 2 esitetty, mutta siinä vaihtosuuntaajassa SRI jokainen vaiheryhmä on varustettu erillisillä kommutointikondensaattoreilla. Jokaisella vaiheryhmällä on kaksi sarjaankytkettyä kommutointikondensaattoria, esim.

CKRl ja CKR2 vaiheryhmää R varten, jotka kondensaattorit on liitetty kahden kiskon PK ja NK väliin. Kommutointi-induktori LK1 on tässä tapauksessa liitetty tasajännite-liitännän PD ja kiskon P väliin sekä kommutointi-induktori LK2 tasajänniteliitännän ND ja kiskon N väliin. Samat edut saavutetaan tässä tapauksessa, nimittäin se, että kuormitus-virta ei tule virtaamaan kommutointi-induktoreiden läpi, minkä johdosta vähennetään virransuuntauslaitteen häviöitä huomattavasti.

Kuvio 6 esittää keksintöä, joka on sovitettu virransuun-tauslaitteeseen, jossa virransuuntaaja SRI on varustettu samoin kuin kuviossa 5 esitetty erillisillä kommutointikondensaattoreilla jokaista vaiheryhmää varten. Tässä tapauksessa jokaisen vaiheryhmän molemmat kommutointi-tyristorit, esim. KRl ja KR2 on sarjaankytketty keskenään ja liitetty virransuuntaajan tasajänniteliitäntöihin PD

ti 1 75699 ja ND. Jokaisen vaiheryhmän kommutointikondensaattori, esim. CKR on liitetty kommutointityristoreiden yhteenlii-täntäkohdan ja vaiheulosoton väliin. Saavutetaan samat edut kuin kuviossa 5 esitetyssä virransuuntauslaitteessa.

Edellä esitetyt sovellutusmuodot ovat vain esimerkkejä ja keksinnön puitteissa voidaan ajatella virransuuntauslait-teen muita sovellutuksia.

Esimerkiksi voidaan "ensimmäinen virransuuntaaja" (SRI) ja sen kommutointipiiri muodostaa toisella tavalla kuin edellä esitetyt. Edelleen voidaan jokaisen vaiheryhmän tyristorin ja diodin antiparalleelikytkentä korvata muilla komponenteilla, esimerkiksi niin kutsutuilla "reverse conducting thyristors". Samoin voidaan induktiivinen kaksi-napa muodostaa muista aktiivisista tai passiivisista kappaleista kuin edellä esitetyt esimerkit (virransuuntaaja, jossa on tasoitusinduktori tai vast, viritetty suodatin) . Siinä tapauksessa, että kaksinapa muodostetaan virransuun-taajasta, jossa on tasoitusinduktori, voidaan joko, kuten edellä on esitetty, tasoitusinduktori sijoittaa virransuun-taajan tasajännitteen tulojohtoihin tai vaihtoehtoisesti muodostaa induktanssista tai induktorista jokaisessa virran-suuntaajan vaihtojännitteen tulojohdoissa.

Claims (7)

8 75699

1. Virransuuntauslaite, joka käsittää tasajännitekonden-saattorin (CD), ensimmäisen virransuuntaajan (SRI), jossa on vähintään yksi pakkokommutoinnilla varustettu vaiheryhmä, jolloin jokaisessa vaiheryhmässä on kaksi sarjaan kytkettyä haaraa (esim. TRI, DRl tai vast. TR2, DR2), joiden yhteen-liitäntäkohta muodostaa ryhmän vaiheulosoton (R), ja joista kumpikin käsittää toiseen suuntaan ohjattavan ja toiseen suuntaan johtavan puolijohdelaitteen (esim. TRI, DRl), kaksi kiskoa (P, N), joiden väliin vaiheryhmät on liitetty rinnakkain toistensa kanssa, kaksi vaiheryhmille yhteistä kommutointi-induktoria (LKl, LK2), jotka on liitetty kummankin kiskon ja tasajännitekondensaattorin väliin, sekä kaksinavan (TP), jolla on korkeammissa taajuuksissa induktiivinen impedanssi, ja joka on liitetty virransuuntaus-laitteeseen energian kuljettamiseksi kaksinavan ja virransuuntaajan välillä, tunnettu siitä, että kaksi-napa (TP) on liitetty suoraan virransuuntaajan kiskoihin (P, N).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virransuuntauslaite, tunnettu siitä, että ensimmäisessä virransuuntaa-jassa on ainakin kaksi vaiheryhmää .

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virransuuntauslaite, tunnettu siitä, että kaksinapa käsittää tasoitus-induktorilla (LD) varustetun toisen virransuuntaajan (DB).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen virransuuntauslaite, tunnettu siitä, että toinen virransuuntaaja (DB) on verkkokommutoitu virransuuntaaja, jossa on vaihtovirta-ulosotto vaihtovirtaverkkoon tapahtuvaa liitäntää varten ja tasavirtaulosotto ensimmäisen virransuuntaajan kiskoihin tapahtuvaa liitäntää varten.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen virransuuntauslaite, tunnettu siitä, että tasoitusinduktori (LD) on II 75699 liitetty toisen virransuuntaajän tasavirtaulosottoon.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen virransuuntauslaite, tunnettu siitä, että jokainen vaiheryhmä on varustettu erillisillä kommutointikondensaattoreilla (esim. CKR1, CKR2).

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virransuuntauslaite, tunnettu siitä, että kaksinapa käsittää viritetyn suodattimen (CF, LF).