SE445283B - Stromriktarutrustning for matning av en eller flera likstromsbelastningar - Google Patents

Description

15 25 35 7903123-3 2 Det är vidare känt att en ytterligare sänkning av förbrukningen av reaktiv effekt (dvs en höjning av effektfaktorn) han uppnås genom att i en strömrik- tere eeriekoppla två. eller flera bryggor, t e: av ovan angivet slag, och att styra strömriktaren så. att alltid högst en brygga. arbetar delvis ut- styrd medan de övriga antingen är fullt utstyrda eller ej alls utstyrda.

Ströunriktare av detta slag erfordrar emellertid ett relativt stort antal halvledarkonponenter (tyristorer och dioder), och de blir därför komplice- rade, utrymmeekrävande och dyrbara.

Uppfinningen avser att åstadkomma. en strönriktarutrxlstning, vid vilken det med ringa uppbâd av halvledarkomponenter är möjligt att uppnå. en hög effekt- faktor och en låg förbrukning av reaktiv effekt.

Vad som kännetecknar en strömriktarutrnlstning enligt uppfinningen framgår av 'bifogade patentkrav. uppfinningen skall l det följande besuivas 1 anslutning till bifogade figu- rer 1-8. Fig 1a. visar huvudkretsarna vid en strömriktamtrxzstning enligt upp- finningen med två. halv-styrda. tyristorbryggor. Fig 1b visar etyrkretsarna för utrustningen enligt fig 1e.. Pig 1o viser likspänningens variation med ineignalen hos styrdonen i fig 1b. Pig 1d visar utrustningens likspänning som fiznktion av den utrustningen tillförda etyrsignalen. Pig 1e visar kln-v- formerna. hos nâgra av de i utrustningen förekoumande elektriska storheterna.

Fig 2 visar en alternativ utföringsform av utrustningen enligt fig 1.

Fig 3 visar en annan utföringsform av uppfinningen, med två. diodbryggor, och med tyrietorer i bryggor-nas växelströmstilledningar.

Fig 4a viser huvudkretsarna för en annan utföringsform av uppfinningen, där varje 'belestningsobjekt matas av tvâ. seriekopplade halvstyrda tyristorbryg- gor. Pig 4b visar ett exempel på. hur styr-kretsarna för en utrustning enligt fig 4a kan utformas. Fig Sa visar en altemativ utföringsform av utrustningen enligt fig 4a, och ng n» styra-resans; far utmaningen enligt :lg sa. mg Ga visar en utföringsfom av uppfinningen ned fyra av var sin strömriktare matade likströmsbelestningar. Pig 6b, Go och 6d visar etyrkretsarna för ut- rustningen enligt fig Ga, och fig 6e några av de i utrustningen förekomande etorhetema. Pig 'Ia visar en utföringsform med en alternativ utfomning ev styrprincipen enligt uppfinningen. Fig Th, 'Ic och 'Id visar styrkretsarna för utrustningen enligt fig ïa, och fig 'le visar nâgra av de i utrustningen före- komande stor-heterna. Fig Ba-Bf visar på samma sätt en utföring-sfom med samma 10 15 25 35 5 7903123-3 styr-princip som enligt fig 7 men med fyra strömriktare och fyra. belastnings- objekt.

Pig 1a. visar en strömrilctarutrlistnixng för matning av ankarna H1 och M2 hos två. likströmsmotorer. Motorerna har fältlindxxingarna. F1 och FZ, vilka. matas från likströmskällorna UF1 och UFZ. I serie med varje motors ankare ligger en indulctor, I.1 resp L2, för glättning av motorns anlcarström.

Utrustningen innefattar två strömriktare, SR1 och S122. Varje strömriktare består av en halvstyrd tyristorbrygga med två. tyristorgrenar och två. diod- grenar. De i serie med varandra kopplade diodgrenarna bildar en förbigångs- väg för likströmen genom bryggan. Varje tyristor- ooh diodgren är visad och i det följande behandlad som om den innehöll ett enda halvledarelement.

Så kan vara fallet, men varje gren kan givetvis alternativt bestå. av två eller flera. serie-, parallell- eller serie-parallellkopplade halvledaiele- ment.

Strömriktaren SR1 har alltså två tyristorer, 'l'11 och 912, och två. dioder, D11 och D12. Strömriktaren S32 har tyristorenza '1'21 och T22 och dioderna D21 och D22. Utrustningens fyra tyristorer fasvinkelstyrs från styrlcretsar som nedan skall beskrivas i anslutning till fig 1b-1d.

Varje bryggas likströmsazzslutningar är anslutna till bryggans av ett motor- ankare och en glättningsindxflctor bestående belastningen-sta. Bryggornas växelströmsanslutningar är via. en transformator TI! anslutna till ett matande växelspänningsnät I. 'Iransformatorn har en primärlindning P och en sekun- därlindning S och lämnar växelspänningen UNI. och vatelströmmen im till bryggorna.

Bryggans S31 växelström betecknas med 11 och bryggans SR2 växelström med 12.

Bryggornas likströmmar beteclmas med I1 och I2 och deras likspänningar med UD1 och UD2.

Fig 1b visar styrkretsama för utrustningen enligt fig m. Strömriktarnzt- rustningen tillförs en styrsigxal Us, t e: från en reglerutrustnzlxxg för reglering av motorernas varvtal och/eller ankarström. Styrkretsanzas upn- gift är att styra. strömriktanxas likspänningar UZD1 och Ul72 så. att dessa är i sinsemellan lika. ooh proportionella mot US. Det förutsätts här att US kan variera kontinuerligt inom intervallet 0-2, där Us - 0 motsvarar UD1 - v UD2 I O, och där US n 2 motsvarar maximal likspänning hos de båda. ström- riktarna. i . r 10 15 25 7903123-3 Styrsignalen Us tillförs direkt ett första styrdon SDI ooh, via en förstär- kare F1, ett andra styrdon SDII. I förstärkaren F1 subtraheras en storhet motsvarande US - 1* från Us, varför förstärkarens utsignal blir US - 1. Styr- donet SDI är anslutet till styrelektroderzaa. hos tyristorerna T11 och 'E22 och ger tändpulser till dessa med 180° intervall. Styrvinkeln så för tyris- torerns. varieras i beroende av styrdonets insigzzal mellan 0 och 180° på tunnt 1 ooh för sig kant satt att oC I n aroo-os (ZUi - 1) Det tillskott Un' som styrningen av tyristorerna. '1311 och 'E22 ger till ström- riktarnas likspäxminger komer därmed, som framgår av fig 1c, att variera nngazt noa otyraonoto :noignoi ui inom intervallet _o< ui '< 1. run uis o âtoêl - 1ao° oot un' - o. uan uizi ao of: - o oonun' - 1, avs tmoto- 'reg-na är milt utstyrda.

Styrdonet SDII ger på samma sätt tändp-tzlser till tyristorenaa 'E21 och E12 med 180° intervall, och med en styrvinkel OCII som på sanna. sätt som ovan 'ueshivits varieras med insigzalen till styzrdonet. Det tillskott UD" som stymingen av dessa tyristorer ger till strömriktarnas utspänningar utgörs därför även av den i fig 1c visade funktionen av insignalen Ui till styr- donet SHI-_ när stynoigosion us än non (snor minut-o än non) är därför oéI . du - - 1so°, un' - un" - o, ooh strömma-nns nkopänningon um - une o o. nä: u öm från o tin 1 mont- un' linjart noa us från o tin 1, noann (oftoroon us - 1 _<_ o) un" - o. for strömmat-nat nkopännsngor gtzuon niitm um .- s UD2 n Un' + UD", och dessa spänningar ökar därför under detta intervall linjärt från o till 1. när us - 1 är tnistororno m1 ooh m22 runt utotyran (oLI - o) ooh un' th: så ytterligare. on us mas från 1 tin 2 men däremot un" lanåärt noa us från o ttu 1, ooh um ooh une ökat linjärt från 1 tm 2. när us - 2 avger strömriktarna maximal lilcspänning (Um u UD2 c 2), och alla fyra. ty- riotororon ä: font ntotyrao. (oéï - oén - o).

Fig 1e visar av de elektriska etorheterna i utrustningen vid två. ut- styrningar. Till vänster i figuren visas under en period av växelspänningen Um kurvformerna vid en relativt låg utstvrning, motsvarande US - 0,25, 10 15 20 25 5 7903123-3 vilket mdtamar oc: - 12o°, oén - 1so°, un' - um - um - 0,25 och un" - o.

Till höger i figuren visas, likaså. under en växelspänningsperiod, förhållan- dena vid en relativt hög utstymmg, motsvarande us - 1,75, oCI - o, du] - 6o°, un' - 1, un" - 0,75 den um - um - 1,75. Överst i figuren visas växelspäzmingen UAC som funktion av tiden och därxmder i tur och ordning bryggornas likspännirgar UD1 och UD2, bryggomas växel- strömmar 11 och 12, samt transformatorns (nätets) ström im.

I figuren har förutsatts att strömriktarnas likströmar 11 och I2 är lika stora och konstanta. vid tidpunkten t1 (w t1 - 12o°) tänds tyrlstdm m1 och är stradrömde till halvperiodens slut (t - 1:2). Under denna. tid flyter I1 genom D12 - S - 'P11 och UD1 blir positiv. Vid t n ta komuterar strömmen över från 'P11 till dio- den m1, varvid um, 11 och im blir 11011. vid t - t; (tot - 3oo°) tänds tyristorn 5222. Likströmen I2 flyter nu genom 'D22 - S - 121. UIQ blir positiv. vid t - t 4 kommuterar strömmen över från T22 till D22, varvid UIJ2, 12 och im 'blir noll.

Som för halvstyrda 'bryggor i allmänhet gäller att när en tyristor ej är ström- rörande :ryter strömmen genes den tm sms imtrèsmsasslutning nos bryggan anslutna dioden. När ingen tyristor är ledande flyter därför 'bryggans lik- ström genom de båda. seriekopplade diodgrenarna, villa. alltså utgör en förbi- gångsväg för likströmen, och bryggans likspänning blir noll. Det sistnämda gäller alltså. under intervallen 0 < t < 1:1 och 1:2 < t < t; i figur 1c.

Som synes blir utrustningens frâmnätet uttagna. ström iAc sammansatt av strömpxzlser, från de båda strömriktarna växelvis, och med växelvis motsatta polariteter. Under den ovan angivna förutsättningen att I1 - _12 blir im en ren växelström, dvs den saknar likströmskomponent.

När US ökas minskar oc: successivt tills vid Us n 1 GCI n O. Tyristorn T11 är da ledande (w t1 - o) under en m1 nslvporiod den tyristsm rzz under held nästa. muperiod (wtä - 1so°).

När Us ökas från värdet 1 hålls OLI konstant vid 0° medan oCII successivt minskas från 180°. Den högra delen av fig 1e visar förhållandena vid °(I . o° den an - 6o°. mistorem v21 och m2 för härvid man. vid t - t (wt - 6o°) tand; tpldtdm 1-21 och m- attan tm t - te (mvpdrio. dens slut). vid t -i t., (wt - 24o°) tänds tynstdm m2 den fö: stram tin 2 10 15 251 35 7903123-s 6 t - ts. Taxelströunen im, som utgör summan av strösmiktarnas växelstrësmar, får det i figuren visade utseendet.

Får Us ökas ytterligare tidigarelägge tändtidpunkterna ts och t., för tyris- torerna E21 och 'E12 tills vid Us - 2 *XII - O. bryggorna är nu fullt utstyrda och lämnar maximal likspänning.

Strömriktarutnzstningens förbrukning av realctiv effekt blir väsentligt lägre än vid en motsvarande utrustning där de båda strömrilctarna styrs på. tidigare känt sätt, och en motsvarande väsentlig förbättring erhålles även i fråga om effektfaktom. Dessa fördelar är av stor betydelse vid vissa tillämpningar, t e: vid bandrift, där strömriktarutnmmingen är anbringad i ett rälsfordon och används för matning av fordonets drivmotorer. Sett från det matande växelepänningsnätet arbetar utrustningen på. samma sätt som den motsvarande i och för sig tidigare kända utrustning, där varje strömrilctare innehåller två seriekopplsde halvstyrda bryggor, och där endast en bryggas styrvinkel varieras åt gången, medan den andra bryggan ligger helt uppstyrd eller helt nedstyrd. De fördelar som denna tidigare kända utrustning ger i fråga om låg förbrukning av reaktiv effekt och dämed hög sffektfaktor kan alltså. enligt uppfinningen erhållas med en utrustning som innehåller endast halva antalet halvledsrkomponenter.

Fig 2 visar en alternativ utföringsform av utrustningen enligt fig 1 och skiljer sig från denna genom att varje växelströmstilledning till utrust- ningen ar mmm; :in se bass tmstorgfensrns 1 den ens bryggan een :in de båda diodgrensrna i den andra bryggan. Styrningen modifieras då. så att styrdonetSDI i fig 1b anslutes till tyristorerns 'E11 och EE21 och styrdonet SDII till tyristorerna T22 ooh T12. Funktionen hos utrustningen motsvarar funktionen hos utrustningen enligt fig 1 och den ger sanna fördelar.

Pig 3 visar ett annat exempel på. hur uppfinningen nn realiseras. Varje ström- riktare består av en diodbrygga D11-D14 resp D21-D24) sant tvâ. i en av bryg- gens värelströmetilledningar anordnade sntiparsllellkopplade tyrietorer (TH, 'E12 resp T21, 9322). Same styrkretsar kan användas som de i fig 1e visade, och utrustning-ens funktion, sett såväl från det matsnde nätet som från be- lastningsobjekten, och dess fördelar blir desamma som vid utrustningen en- ngc fi; 1. Éig 4 visar ett annat exempel på. en utrustning enligt uppfinningen. Ström- riktaren S121 i fig 4a har två seriekopplade halvstyrda bryggor 281 och 31' 10 15 25 35 7 7903123-3 Och Btríinriktaren S32 har två likadana 'bryæør B2 Och B2'. Blïggñrnß 31 och IB2 är på det i fig 2 visade sättet anslutna till en första sekundär- lindning S hos nättransformatorn TR. Bryggorna 31' och 32' är på samma. sätt anslutna till en andra selnmdärlindning S'.

Pig 4b visar styrkretsarna. för utrustningen enligt fig 4a. Ett första styr- don SDI har den i fig 1c visade karakteristikan och styr tyristorerna. T11 I och T21. Ett andra likadant styrdon SDII styr tyristorerna 1022' och T12'.

Ett tredje styrdon SDIII styr tyristorerna. 1322, T11', E12, '1'21' med en styr- vmrenxnI eoe är eon om leeigmlee v tm etn-aonet är n* ooh 1eo° om V är "O". Detta. innebär att tyristorerna. T22 och 'J.'11' tänds samtidigt med varandra, och detta. gäller även tyristorerna 'P12 och T21', vilka. tände 180° efter tyristorerna 'E22 och '1'11'.

Styrsignalen US tillförs styrdonet SDI via en förstärkare F2 och styrdonet SDII via två förstärkare, P4 och P3. I förstärkaren P4 subtraherss en kon- stant storhet motsvarande Us - 1 från Us. Signalen Us tillförs även en för- stärkare FS där en konstant motsvarande Us - 2 subtraherss från Us. Resul- tatet, Us - 2, tillförs en nivávipps IW somrsvger en ntsigasl V, som är "1" om US - 2 > 0 och "O" om US - 2 4 0. Signalen Y styr ett koppling-sorgen SV, som om V - 1 ansluter en storhet motsvarande Us - 2 till invertersnde in- gångar hos förstärkas-na P2 och P3. lfimktionennšrid ökning av belastningslikspänningams UD1 och UD2 från noll (us - o) tan mn epannmg (Us - 4) är följande. nä: us a: non är v non ooh etyrvmkem för eamtnge tyrietorer 1so°. var US om från non tin 1 mexee moeeelvt etyrvmeie o epänningeneär nu 1/4 av mnt värde. när Us öm från 1 tnl 2 bibehålla o(1 vid 0° medan *XII (hos tyristorez-na 922' och r12') successivt minskas från 1ao° tm een. mepeeniegeme um een une a: nu 1/2 ev mn värde. m- us peeeem värdet 2 eur signalen v om från "o" tin "1". Detta. orsaker ett etyrvinkem dm för tyrietorerne æzz, æw, m2, m' ändras från 1oo° tnl noll. Samtidigt snbtraheras beloppet 2 från Us resp US_1 FZ och FB. Detta. resulterar i att dl och dn blir 160°. Liks 'UN och UD2 har därför same värde omedelbart efter som omedelbart före nämnda omkoppling.

När Us därefter ökas från 2 till 4 bibehålls (X5 - O, och på samma. sätt som i intervallet 04 Us 4 2 styrs först tyristorerna. (E11 och E21 ut helt 10 15 25 35 7903123-3 8 och därefter miatomm 1022' och v12-, via US - 4 a: á och UD1 och 'UZDZ har sina. maximala. värden.

Pig 5 visar en alternativ utföringsform av den i fig 4 visade utrustningen. _ Bryggor-na. IB1 och 32 i fig 5a. är här med sina tyristorgrenar anslutna till i det ena. uttaget på sekundärlindningen S och med sina. diodgrenar till det andra uttaget på. lindningen. Bryggan B1' är ansluten till sekundärlindningen S' och 'bryggan 31' till en tredje seklmdårlindning S” på. transfomatorn TB..

Fig Sh visar styrlcrretsarna för utrustningen enligt fig Sa.. De är, bortsett från anslutningen till tyristorerna, identiska. med d.e i fig 4b visade styr- kretsarna.. Styrdonet SDI styr tyrietorenxa. TH och 1322, etyrdonet SDII tyris- torsms ¶21 och 'D12 och styrdonet SDIII tyristorerna T11', T21', E12' och T22' , Funktionen motsvarar helt funktionen hos utrustningen enligt fig 4. Bär Us ökas från 0 till 2 styrs först 'E11 och 'M2 ut helt och därefter T21 och E12. vm us - 2 kopplas dm se från 1so° :in o och via en ytterligare min; av US från 2 till 4 styrs återigen först 'B11 och 'E22 ut helt och därefter l'21 och T12 tills vid Us a 4 alla. tyristorernn arbetar med styrvinlmln noll och strömriktarns avger maximal likspänning.

Utrustningen enligt fig 6s har fyra. strömriktsre, var och en med en osymmet- riskt halvstyrd bryggs sv tidigare beskrivet slag. Strömriktsrns SEJ och S82 är anslutna till en första sekundär-lindning S hos nättransformatorn IB. och s SRS och S84 till en andra sekundär-lindning S'. Varje strömrik- tsre har en separat likströmsbelsstning bestående av en likströmsmotor, H1-M4, i serie med en glättningsinduktor, L1-L4. I det följande förutsätts att strömriktarnas likstrm, 11-14, är i huvudsak lika. stora., vilket på. ltänt sätt kan åstadkommas, t e: genom strömreglerkretser som styr varje motors fàltström och därmeddess emk, så. att motorns ankarström hålls vid ett för alla motorerna gemensamt, konstant eller variabelt referensvärde.

Fig Gb visar en krets för härledning av fyra sigxaler s, h, c, d, vilka. an- vänds för styrning av strömriktsrna. Rätspänningen Um tillförs två nivå- vippor, 1W1 och 1W2. var och en av dessa. avger under varannan halvperiod en "1 ßsigzal. Dessa. signaler tillförs monostahila kretsar HW och M2, vilka. avger korta"'1"-pulser vid 'början av varje hflvperiod hos nätspänningen. vie en mmm-mn oc tillföra' denna puss: szpmgengen m en :angr-ämm RR, som har fyra. utgångar, a-d. Varje puls stegs: fran ringrälmaren ett 10 15 25 7903123-3 steg. Under två. perioder av Um genonlöper r en cykel, och under denna cykel är var och en av signalerna a, b, c, d "1" :mder en halvperiod och ”O” under resten av cykeln. Signalerna a-d vieae nedtill i fig 6e.

Pig 6c visar fyra faevinkelstyrdon SDI-SDIV. Vart och ett av dessa (t ex snnavger 1eo° faafamjutm styrpulaer (s: och m) ma en etmmm som varierar mellan o° °cne1eo° 1 bemanna av den euyraom: tillföras» atmig- nalen. Styrdonen är identiska med varandra och med de i anslutning till fig- 1b och 1c beskrivna etyrdonen. En styrsignal Us som kan varieras kontinuerligt mellan 0 och 4 tillförs styrdonet SDI direkt och de övriga etyrdonen via för- stärkare P6, F] och FB, i vilka. konatanter motsvarande US - 1, Us - 3 subtraherae från U . När U ökar från 0 kommer därför etyrvinklarna S S 'U =20ch MI, 0431, (XIII och (XIV för de fyra styrdonen att variera på. följande sätt: °< I “n “in °<1v us - o 1ao° 1ao° 1eo° 1eo° o °C¿>o* 1eo° 1ao° 1eo° us - 1 o° 1ao° 1so° 1eo° 1< .us < 2 o° 1eo°>dII>o 1eo° 1so° US - 2 o° o° 1eo° 1eo° 2 < us < 3 o° o° 1so° >o(uI>o 1eo° us - 5 lo° o° o° 1ßo° 3 < us < 4 o° o° o° 1ao°>eén>o us - 4 o° o° o° o° F15 6d visar hur etyrpulserna från atyrdonen via elektroniska kopplingen-gen G11, (#11, etc tillföra utrustningen: tyristorer. För t ex tyrietom T11 gäller sålunda att den under den första halvperioden av en cykel (a. - "1") tillförs etyrsigxzalen SI från etyrdonet SDI, och Imder den tredje halvperioden av en cykel styr-signalen SII från atyrdonet SDII. 10 15 25 35 7903123-3 10 Fig 6e visar kretsens fimlction vid fyra. olika utstymingagrader, motsv-af- rande Us n 0,5, US = 1,5, US - 2,5 och US I 5,5 (US visas nederst i figuren).

Den lägsta utstyrningen, Us n 0,5, visas längst till vänster i figuren.

Styrdonet SDI avger styrpulser med styrvinkeln NI u 90° medan för de öv- riga styrpulsdonen gäller att oln = (XIII = vån n 180°. Överst visas en cykel (två perioder) av nätspänningen. Därunder visas de fyra strömriktarnas utspänniugar, UD1-UD4. Därunder visas strömmar-na genom utrustningens åtta. tyristorer T11-T42. Till sist visas nätströmen im sant styrsignalerna a, b, e, a (se fi; 6b) och US. mistorem v11, v21, 151 och 'w är var och en ledande under en enda av cykelns fyra halvperioder, medan tyristo- rerna T12, T22, 'D32 och 'B42 ej för ström. Vid en konventionell brygga. av i fig 6a visad. typ skulle exempelvis tyristorn T11 tändas under varje positiv halv- period. Vid utrustningen enligt fig 6 tänds den emellertid endast under en enda av cykelns båda positiva halv-perioder. Motsvarande gäller för tyristo- rama T21, 'P31 , T41.

För US s 1 är tyristorerna TH , T21, 5351, 'E41 strömförande under var sin hel halvperiod. När US ökas över värdet 1 börjar var och en av dessa tyristorer att styras ut även under den andra av de båda halvperioder av cykeln under vilken den kan vara ledande. Exempelvis tyristorn T11 styrs vid US - 1,5 ned s! n - 9o° mas: cykeln» :mm nalvperioa (a - w), man m man ”rem rann mvperioa (änn- rör US .>. 1) styrs från sm ma MI - o°. motsva- rande gäller de övriga av tyristorema T11, 51321, M1, T41.

Här Us ökats till US = 2 är var och en av de nämnda tyristorerna strömförande under hela de båda möjliga halvperioderna. Vid en ytterligare ökning av US börjar styrdonet SDIII minska (XIII från 180° och tyristorema '11 2, T22, 5332, T42 börjar fira ström. Vid det i figuren visade fallet US s 2,5 är t e: tyristorn '1312 strönförande under hälften av cykelns andra halv-period. mn- us när värdet Us - 3 är din - o° och tyrißtørem me, maa, me, m2 ledande under en enda hel halvperiod under cykeln.

Här US ökas över värdet Us - 3 börjar tyristorerna. MQ, T22, T32, 'P42 att föra ström även under den andra av de båda möjliga halvperioderna under cykeln. Fallet Us = 3,5 visas längst till höger i figuren.

Vid värdena 0, 1, 2, 5 och 4 på US ligger nätströnnnens grundton i fas med nätspänningen, och utrustningen förbrukar därför ingen reaktiv effekt. Ur reaktiveffektsynpunkt är utrustningen ckvivalent med en konventionell utrust- ning med fyra seriekopplade bryggor i var och en av de fyra strömriktarna i 10 15 25 11 7903123-5 fig 6a. Denna nwcket låga förbrukning av reaktiv effekt och därmed över hela likspänningsområdet höga effektfaktor uppnås vid utrustningen enligt fig 6e. med endast en enda. brygga i varje strömriktare, dvs med fjärdedelen av det komponentupphåd som skulle krävts vid en motsvarande utrustning av tidigare loänt slag.

Varje strömriktare för sig kan styras så att likströmskomponenten i dess växelström blir noll. En utrustning kan då bestå. av ett godtyckligt antal strömriktare och deras likströmmar kan vara sinsemellan olika utan att den resulterande nätväxelströumen får någon likströmskomponent. Detta kan uppnås exempelvis genom att varje strömriktare styrs så att hslvperioder med en viss styrvinkel alltid med ett visst konstant avstånd följs av en halvperiod med sauna styrvihkel men med motsatt polaritet hos växelspänningen. Figur 7 visar ett exempel på. en sådan utrustning, som innefattar en enda strömriktare.

Fig 'Ia visar huvudströmkretsen vid utrustningen. Den är identisk med vänstra halvan av den i fig 1a visade utrustningen.

Pig 7b, 7c och 7d visar strömriktarens styr-kretsar. Fig Tb överensstämmer med den ovan beskrivna fig 6b med undantag av att ringräkzzaren RR i fig Tb har sex steg och sex utgångar a, b, c, d, e, f. stegar fram ett steg för varje hslvperiod av nätväxelspänningen Um och utgångssignalerna a-f får det i fig 'le visade förloppet. E: cykel omfattar alltså sex halvperioder, dvs tre perioder, av nätspänningen.

Pig 'Ic visar hur de tre styrpulsdonen SDI, SDII och SDIII styrs från styr- signalen Us. I förstärker-na P9 och F10 subtraheras ett belopp motsvarande U - 1 resp Us - 2 från U . Uppbyggnad och funktion hos lmetsen överensstämmer S i princip med de ovan hesln-ivna lu-etsarna enligt fig 1b och 6c.

Pig 'Id visar hur styrpulserna från de tre styrpulsdonen tillförs tyristorer- nas 'E11 och T12 styrelektroder. Kretsens uppbyggnad och fimktion är analog med den ovan beslnrivna kretsen enligt fig Gd.

Fig Te visar utrustningens funktion under en cykel vid var och en av tre olika utstyrningsgrader motsvarande Us n 0,5, Us - 1,5 och US - 2,5. Överst visas nätspänningen Um och därtmder likspänningsn UD, strömams. genom tyristorerna T11 och T12, nätströmen i m, signalerna e-f från ringrälmaren BR samt styrsigialen U . 10 15 25 7903125-3 w Som synes följs alltid en halvperiod med en viss styrvinkel efter tre halvperioder av en hslvperiod med sasma styrvinkel men med motsatt polari- tet ho växelspänningen. kempelvis styrs vid US - 1,5 var tredje halv- peried (den för-ene. een fjärde 1 cykeln) med says-vinkeln o°, ven- mdqe halvperiod (den andra och femte i cykeln) med styrvinkeln 90° och var tredje helvpenied (den tredje den sjätte) med styr-vinkeln 1eo°. ssrigenen kommer alltid under en cykel varje halvperiod av nätströunnen att motsvaras ' av en identisk halv-period av motsatt polaritet och nätströumens likströms- komponent blir, noll.

Strömrilctsren enligt fig 7 motsvarar ur reaktiveffektsynpunkt en länd ström- rilctare med tre efter varandra utstyrda seriekopplade bryggor och ger alltså med endast en brygga samma låga förbrukning av realctiv effekt och same höga sffektfaktor som det vid den tidigare kända. kopplingen krävts tre bryggor för att erhålla.

I fig 'I har som exempel visats hur cykelns längd är tre perioder. Generellt kan cykelns längd vid det visade styrfórfarandet vara N perioder, där H är ett udda tal som är större än eller lika med tre, och funktionen ur reaktiv; .effektsynpxmkt motsvarar vad som kan erhållas med en känd strömriktare med H seriekopplade bryggor.

Pig 8a visar en strömriktaruitrxzstning med fyra strömriktare SR1-SB4. Varje strëmriktare består av två seriekopplade bryggor 31-34 och IB'1-2B'4. Varje in-ygge exp-e ya det 1 anslutning m1 sig 7 beenme dansen. I verde neede- riktare styrs vid ökande likspänning först den övre bryggan ut helt och där» efter den undre bryggan. Strömriktarns. styrs så att medelvärdena av deras alltid är lika. Strömriktama SR1 och S132 styrs synlsront med varandra och bildar en första modul. Strömriktams. SRS och S34 styrs likaså synkront med varandra och bildar en andra modul. Strömriktarna matas från nätet N via. en transformator TR med sekzmdärlindningarna S1, S2, S1', S2'.

Varje strömriktare har en separat belastning bestående av en likströmsmotor, H1-H4, i serie med en glättningsindzzktor, L1-L4.

Fig Bb visar kretsen för generering av signalerna a-f och överensstämmer helt med den i fig To visade kretsen.

Pig Bc är analog med fig 'le men skiljer sig från denna genom att ytterligare tre stmulsdon SDIV-SDVI med förstår-karma. P11-F15 tills-gta. I förstärkarna 10 15 25 1; 7903123-3 r11-r13 euttneneree etenneten neteven-enae US - 3, Us - 4 een Us - 5 från styr-signalen Us. Resultatet blir att när US varierar från 0 till 6 komer styrpulsdonen attett i taget och i tur och ordning minska sin styrvinkel från 1eo° tin o°.

Fig Sd visar hur styrpulserna. från styrpulsdonen i beroende av signalerna. a-f tillförs utrustningens tyristorer. Signalerna. a-f styr på sanna. sätt som i tLez fig 6d och 'Id grindar (t e: G11, G11', G11") som släpper fram styrpulserns till tyrietorerna.

Pig Be och fig 8f visar funktionen under en cykel vid vart och ett sv se: olika värden på. styrsigxmlen U . Överst visas nätspänningen Um och därunder UD1frånSR1ochSB2, l Un2frånSR3 oohSB4, strömarna genom utrustningens tyristorer, växelströmen i' m från den farete neaulen (sm een snz), väneletramen nu från den ense-e neanlen (sn: een sn4), een neenterense natvaneletnannen im (lm - 1' m + iflw), signalerna. a-f, samt styrsignslen Us.

Pig Be visar förloppet för styr-signalerna Us - 0,5, Us - 1,5 ooh Us - 2,5, och fig Sf visar förloppet för styrsignflema Us - 3,5, Us - 4,5 och US n 5,5.

Som framgår av dessa. figurer styrs varje brygga för sig på det i fig 7 visade sättet, medan varje strömriktsres övre bryggs styre ut helt innan utstyrningen av den nedre bryggan påbörjas.

Styr-mönstret för den andra modulen (SR3 + S34), dvs följden av helvperioder ned vissa. styr-vinklar, är identiskt med styr-mönstret för den förste nodulen (sm + snz) nen ä: fet-emutet syre nelvpenleaen eennre 1 tiden (eller tva. nelvperieaen tingen-e). Denne. röremutning nenen neauleme ge:- ett Jämnt-e förlopp och lägre övertonsbalt hos nätväxelströmen än om de båda modnlerna etynee eentiuet (vilket etvetvie eekea än nsnigt). utruetnineen enligt n; e :en (meon ae amge vieeae utrustningen-ne) ene' vändas för matning av tralctionmotorer i ett elfordon, t e: ett ellok, där den med ett lågt komponentuppbåd och enkel uppbyggnad erhållna låga förbruk- ningen av reaktiv effekt och höga. effektfaktom är en väsentlig fördel. Det har vidare visat sig att den med hänsyn till telestörningar vägdz. övertons- halten hos nätväxelströsmen blir väsentligt lägre än vid tidigareråds ström- riktarutrustningar med samma. antal bryggor per strömriktare, vilket speciellt vid traktionentrlzstningar är en viktig fördel. 10 15 .,__ï 25 7903125-3 14 sve scen-tenta; enan-n nifaningeenenpel av uppfinningen än Exempelvis kan s likströmsbelastningar utgöras av andra belast- ningsohjekt än likströmsmotorer, och varje likströmsbelastning kan utgöras av flera serie-, parallell- eller serie-parsllellkopplads belastningsobjekt.

Ovan har beslmivits endast två. typer av strömrikterbryggor, nämligen den eeynneinieke neivewnan bryggan (e en fi; 1e) een aieamggen nea vanelenan- ningentynning i iineaninean-nn (fis 3). även andra men av etnani-ikiane nea rörbig-ângsväg för likströmmen kan användas, exempelvis en enfasbrygga med fyra. tyristorgrenar, och likströmsfissigt parallellkopplad med en förhig-ångs- diod.

Ovan har vidare endast enfasiga strömriktare beslmivits, nen uppfinningen kan givetvis tillämpas även vid andra fastal, t e: vid trefasströmriktare.

Varje strömriktare kan bestå av ett godtyckligt antal serie-, parallell- eller serie-parallellkopplade strömriktarbryggor. Likaså kan givetvis varje hryggren bestå av ett flertal serie-, parallell- eller serie-perallellkopp- lade styrbara eller icke styrbara halvledarelement. Likaså. kan givetvis en utrustning enligt zzppfinningen innefatta ett flertal enheter, där varje en- het exenpelvis är identisk med en av de i figurerna visade utnxstningarna.

Ovan har beskrivits hur flere. strömriktarhrygger är anslutna till varje se- lmndärlindning hos en nättransformator, vilket ger en inbesparing i fråga. en typeffekt hos trsnsfomatom. Självfallet kan dock varje strömriktare eller etrömriktarbrygg-a ha sms. seinmdärlindningar eller en egen sekzmdärlindning på. transfomatorn. Självfallet är ej heller en nättransfomator nödvändig, utan bryggorna kan, om spännings- och potentialförhållandena medger det, anslutas direkt till en värelspänningskâlla. nen even sier-ae 'eeemvningen ev ennsnn-ircei-nn een men ivnxeien neger :nen sntagandennn ideella förhållanden. Sålunda har t e: bortsetts från spän- ning-sfall i strömrikterna, kommuteringstider, sv nödvändiga begränsningar hes styr-vinkeln »och omllständig glättning hos likströmarna. nan- i ae: eveneeaenae nnn man en neynvinkean o° ene: 1eo°, än net ejaiv- klart att styrvinkeln ej exakt utan endast i huvudsak behöver anta dessa värden. h: avvikelse på. något eller ett par tiotal grader från dessa värden ger ingen principiell förändring av utrustningens funktion. 4 10 15 25 35 15 7903123-3 Ovan har vidare i vissa fall angivits att en tyristor styrs med styrvinkeln o°. se seem styrning kan på m: satt sstaakomas gem att 'cynism-n un- förs en kort eller lång styzpuls i det ögonblick dess snodspänning blir positiv, eller genom att tyristorn tillförs kontinuerlig styrström under den ae1 av omm mietsm nun arbeta ma scmmkem o°. m; atyrvmxel på 1oo° kan lines detsamma genom att styrpulsem till tyristorn helt blockerar under den del av en cykel som tyristorn skall arbeta. med denna styr-vinkel.

I de ovan besln-ivns utföringsexemplen är styrvinkeln kontinuerligt varierbar mellan full utstyrnimg och utstyiningen noll. Alternativt kan givetvis styr- vinkeln vara. stegvis vsrierbar.

Hed det ovan använda begreppet "utstyrningsomrâde" för en strömriktare avses det intervall inom vilket strëmriktarsns likspänning kan varieras. Full ut- styrning hos en etrömrikta-re motsvarar maximal evgiven likspänning, och ut- styrningen noll strömriktarens lägsta möjliga. likspänning. En individuell tyristor eller tyristorgæn arbetar med full utstyr-ning om dess styr-vinkel är sådan ett den under sitt ledintervell ger maximalt likspålnningstillskott och med utstyrningen noll om dess styr-vinkel är sådan att den inte ger tillskott till strömriktarens likspänning.

Vid en strömriktarutrustning enligt uppfinningen arbetar styrorganen cykliekt, . varvid varje cykel kan omfatta en eller flera perioder sv nätväxelspänningen.

En i utrustningen ingående strêimriktare styrs i allmänhet med en styr-vinkel som under en cykel antar minst tvâ skilde värden. Detta. gäller dock ej vid full utstyming eller vid utstyrningen noll. Genom denna. åtgärd kan styrvink- larna för olika delar av cykeln väljas så ett utrustningen! effektfaktor höjs och förbrukningen av :oaktiv effekt nedbringas. ïfifiPïï-Sfin lflrfl en ström- riktare så ett dess styrvinkel är vsrierbàr för påverkan sv likspänningen under minsta möjliga del ev cykeln, t e: en eller tvâ. halvperioder, medan den 'under resten ev cykeln arbetar med fest styrvinkel. Den tests styrvin- keln väljs lämpligen så, att den motsvarar minimal förbrukning sv resktiv effekt, dvs full utstyrning eller utstyrningßn noll. Genom ett variera för- hållandet mellan antalet halvperioder med full utstyrning och antalet helv- perioder med utstymingen noll inom en cykel kan strömriktsrens likspänning varieras inom utstymingsområdet. Om styrvinkeln görs kontinuerligt varier- bar inom minst en halvperiod av cykeln kan härigenom en kontinuerlig styrning av líkflpë-nningen inom hela utstymingsenmâdet erhållas med hög effektfaktor

Claims (6)

10 15 7903123-3 16 een leg förbrukning ev reextiv effekt. styrningen ken game se (sig 7 een a) ett varje strömmen för sig alltid styre ut 111m myeket under nätßpän- ningens positiva som under dess negativa hßlwfirí-Oflßr- LikSfI-'ÖIIIBïOWPOIIGD-fen i nätväxelströzmen blir då. noll även om utrustningen har flera. strömriktare med olika. stora likströmmar. Alternativ-t kan utrustningen som helhet (men ej varje strömriktare för sig; t en fi; 1) nte-nen på eette sätt. net kan då vara lämelisfi ett. t e! www ett lämpligt reglersystem, tillse att strömriktarnas likströmar alltid är inbördes lika, varigenom den nyssnämnds. liketrömskomponenten kan undvikas. Den i samband med tig 7 och 8 beslmivns. utföringsfomen av uppfinningen är användbar vid en utrustning med ett godtyckligt antal ström-iktere, och även vid en enda. strömriktare (rig 7). Likaså kan givetvis vid t ex den i fig 6 visade utrustningen antalet ström- riktare och likströmsbelasmingar ökas, exempelvis till 6 eller 8 stycken. Hfektfaktor och förbrukning av reaktiv effekt motsvarar då. en utrustning med 6 resp 8 seriekopplade bryggor i varje strömriktsre. PLIENTKRAV

1. Strömrilctarutnxstning fór matning av en eller flera likströmsbelaet- ningen (n, sig 7e) een innefettenee nsnet en tm en vanelepanningemle (s) enelnten etynben- strömmen-e (sn), vilken nu en fanmgangevag (m1, me) :en laketnannen, men ntmetnxngen tnnefetten etynergen (snx, snn, snIII) fen styrning ev ntnannktenene likepanning (un) genes påverkan ev strömmen-ene styr-vinkel (AI, du, alu), een ven-us etnengenen är anordnade ett arbets cykliskt på. sådant sätt ett vsrjeeykel omfattar ett nertei helvperieaer ev värelspänningen (Um) nes mun (n) een ett stren- rikteren under åtminstone en del ev sitt utetymingsomrâde arbetar ned skilde värden på etyrvinkeln under skilde. hslvperioder ev cykeln, kännetecknsd därav, sttvsrje cykelbestårevettuddesntal, seek nanet tee, hele peneeen ev mlene (s) vanelepsnnsng; ett etn- orgsnen är anordnade ett under tvâ. sv cykelns halvperioder styre. strömrik- taren med en styr-vinkel som är verierber för påverkan av strönriktsrens lflcepänning och att under ver och en av cykelns övriga -helvperioder styre. strömrikteren med en fast styrvinkel, samt ett de halv-perioder under vilka. etrönriktaren styrs med varierbar styrvinkel är ekvidistsnta.. 11 7903125-3

2. stramimmtmmng enlig: pazentxmvet 1, 1:a n n e f e c x n a a därav, att styrorganen är anordnade att under var och en av halvperiodema med fast styrvinkel styra strömrilctaren med en styrvinkel som antar ett- dera av två värden, av vilka det ena är i huvudsak noll och det andra i huvudsak lika med 180°.

3. 5. Strömriktarutmstning enligt patentlcravet 1, k ä n n e t e o k n a d därav, latt styrorganen är anordnade att under var och en av halvperioderna med fast styrvinkel styra. strömriktszen med en styr-vinkel som antar ettdeza av två. värden, det ena motsvarande full utstyrning och det andra utstyr- ningen noll.

4. , Strömriktarutmstning enligt patentkravet 1, k ä. n n e t e c k n a d därav, att under de halv-perioder av cykeln, under vilka styrorganen är anordnade att styra strömriktaren med varierbar styrvinkel, styrorganen är anordnade att styra styrvinkeln så att den är kontimerligt varierbar mellan ett värde som i huvudsak motsvarar utstyrningen noll och ett värde som motsvarar full utstyming.

5. Strömriktaruztmstning enligt något av föregående patentkrav, vilken innefattar minst två till samma växelspänningskälla anslutna strömriktare (t exsm oense; rige), känna tecknad därav, attbaaa strömrzlktarna är anordnade att styras med same styrmönster, bestående av en följd av halvperioder med vissa styr-vinklar (t e: 00, 900, 180°, fig 8e vid Us n' 1,5), varvid strömriktarnas srnster är tidsmässigt förskjutna relativt varandra.

6. Stñmriktarnxtrustzzing enligt något av föregående patentkrav, vilken innefattar minst två till sama växelspänningskälla anslutna strömriktare (S31, S32), kännetecknad därav, att styrorganenäranordnade att under var och en av oykelns halvperioder styra en strömriktare med varierbar styrvinkel och de övriga strömriktarna med konstant styrvinkel.