SE450317B - Sjelvkommuterad vexelriktare - Google Patents

Description

20 25 55 450 317 2 antiparallellkoppling ligger en kommuteringsindulctor - LDU resp LDL. Enheterna HU, DU, LDU bildar en första huvudgren och enheterna HI., DL, LDL bildar en andra huvudgren. De båda huvudgrenarnas hopkopplingspmlkt F utgör växelrikta- rens fasuttag, i vilket den av växelriktaren genererade pulserande potentialen erhålles. I figuren är ett belastningsobjekt L visat anslutet mellan fasuttaget F och líkspäxmingskällans mittpunkt för matning av belastningsobjektet med växelspänrxing. Alternativt kan t ex två eller tre fasgrupper (var och en ut- förd enligt fig 1) anordnas att arbeta 180° respektive 120° fasförskjutna sins- emellan, och ett en- respektive trefasigt belastningsobjekt eller växelspän- ningsnät kan då. anslutas till fasgruppernas fasuttag.

En släckkrete är ansluten mellan kopplingspuxlkten F och likspänxxingskällans mittuttag. Släckkretsen består av de båda släcktyristorerxza SU och SL, släck- kondensatorn CK och en kommuteringsinduktor LK. De båda antiparallellkopplade släcktyristorerna SU och SL kan givetvis ersättas av en dubbelriktad tyristor (triac) eller av en annan i båda riktningarna styrbar komponent eller koppling.

Kommuteringsinduktorn LK kan slopas och hela kommuteringsinduktansen läggas i induktorerna LDU och LDL.

Vaxelriktarens filnktion framgår av de i fig 2 visade schematiska. lcurvorna, vilka gäller för tomgång och visar släckkondensatorspänningen uc, släcklcrets- strömmen is och spänningen um) över kommuteringsinduktorn LDU. Ursprungligen leder tyristorn HU och släckkondensatorn är uppladdad till spärmingen uc = UD.

Vid t = 1:1 tänds släcktyristorn SU, huvudtyristorn HU släcks och svängninga- kretsen LK-CK-LDU fullbordar en halv period av ett svängxíngsförlopp. Om- svängningsströmmen flyter genom komponenterna. LK, CK, SU, DU, LDU och U .

UD - d-- och bestäms L» I»D+LK 2 alltså av induktanserne hos kommuteringsinduktorerzza.

Spänningen um) över induktorn LDU har amplituden Vid t = tg tänds tyristorn HL och svängxingslcretsen LK-GK-IbL utför en halv period av en sv-ängzing. Vid t = tå är omsväzxgzxingen iullbordad och då. är uc = -Un. I Vid t - 1:4 påbörjas en m; komnmtering genom att tyristorn SL tänds och där- efter, vid t - t5, tyrietorn HU. vid t w t6 är kommuteringen avslutad.

Fördröjningen mellan en släcktyristors tändnzing och den därpå. följande tänd- ningen av en,_huvudtyristor är beteclmad med t (i i figuren.

Vid den nu beskrivna växelriktaren är släckkondeneatorspänningens slutvärde efter avslutad kommutering i stort sett oberoende av storleken hos växel- 10 15 20 25 35 3 450 317 riktarens belastningsström IB om tidsfördröjningen t d ges ett lämpligt kon- stant värde. Denna typ av växelriktare är normalt stabil, och några särskilda kretsar för återmatning av kommuteringseffekt lcnävs inte och finns normalt inte heller. Kopplingen har emellertid en nackdel i det att kondensatorslut- spänningen latt blir osymmetriek, avs antar ett högt värde (uc > UD) efter varannan kommutering och ett lågt värde (uc< UD) efter de mellanliggande kommuteringanxa. Detta tillstånd visas i fig 5 och kan medföra att släckför- mâgan under de halvperioder då. uc är negativ blir så. låg att 'belastningsström- men inte kan kommuteras. Den enda. mekanism som styr kondensatorspänningen mot symmetri är vid tomgång kopplingens omsvångriingsförluster, vilka speciellt vid högeffektväxelriktare måste hållas små. Styrningen mot symmetri blir där- för ofta så svag, att kommuteringsfömågan går förlorad. Osymmetri hos kon- densatorspänningen kan orsakas av pulsationer hos likspänningskällans spän- ning, av lastströmmen eller av osymmetrier i kretsuppbyggzxaden. Exempelvis vid växelriktare för högre effekt är pulsationer hos mellanledsspäxmingen svåra att undvika. Speciellt gäller detta vid matning av mellanledet från ett enfasnät, t ex vid fordonsdrift. vid varje kommutering kommer då. lätt konden- satorspänningen att förskjutas något i riktning mot osymmetri. Dessa förskjut- ningar ackumuleras, och följden blir att kondensatorspärmingen snabbt blir så osymmetrisk att kommuteringsförmågm går förlorad, vilket resulterar i drift- ' avbrott .

Uppfinningen avser att åstadkomma en växelriktare av inledningsvis angivet slag, vid vilken släckkondensatorspärnningen under alla driftförhållanden är väldefinierad och symmetrisk, och vid vilken därför väacelriktarens kommute- ringsförmåga och därmed dess funktionsduglighet är säkerställd. vad som kännetecknar en växelriktare enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

Uppfinningen beslu-ivs i anslutning till bifogade figurer 1-7. Fig 1 visar en tidigare känd växelriktare. Pig 2 visar några. av de i växelriktaren förekom- mande storheterna. som funktionerav tiden vid idealiserade symmetriska drift- förhållanden. Pig 5 visar samma storheter' vid osyxnmetrisk släokkondensator- spänning. Fig 4 visar en växelriktare enligt uppfinningen. Fig 5 visar vissa driftstorheter vid växelriktaren enligt fig 4 som funktion av tiden. Fig 6 visar en alternativ utföringsform av uppfinningen. Fig 7 visar ett exempel på. ett styr-don vid en växelriktare enligt uppfinningen.

Fig 1-3 har beskrivits ovan. 10 15 25 450 317 4 Fig 4 visar en växelriktare enligt uppfinningen. Den skiljer sig från växel- riktaren enligt fig 1 genom att de båda kommuteringsinduktorerna LDU och LDL försetts med hjälplindningar LBU och LBL. Lindningen LBU är i serie med en diod BU ansluten mellan klämmorzta C och A, och lindningen LBL är i serie med dioden BL ansluten mellan klämmorna B och C. Diodenxa. är så. vända, att de spärrar för likspäzmingen från likspänningskällan. Indulctorerna är exempelvis utförda som luftspolar, och indulctansen hos huvudlindniztgarna kan exempelvis vara 1o-2o/un. nämpligen get njalplinaningame ett något högre vem-tel än huvudlindninganza. Kopplingsfaktorn mellan en induktors huvud- och hjälplind- ning gate lämpligen relativt hög (t et k = 0,8 eller k = 0,9).

Vid växelriktaren i fig 4 har induktorn LK slopats och hela kommuterings- induktansen lagts hos indulctorerna IJDU och LDL. Detta är speciellt vid hög- effektväxelriktare fördelaktigt, eftersom man då. erhåller måttliga felströmmar vid en genomtändning i växelriktaren.

I övrigt överensstämmer växelriktaren och dess funktion med den i fig 1 visade växelriktaren.

Vid av släcktyristorn SU blir i första ögonblicket spänningen över U lindningen LDU umfuc - -22 . I lindningen ItBU induceras då en spänning um = ä) - om, ast M är ömepinaukteneen mellan hut-ua- eeh njäiplmantmg een U U LD ärhuvudlindniragens induktans. 0muLB> El)- , dvs om uc>(1 +-:ï'2) ' 52 , flyter en ström genom dioden BU och hjälplindmngen Itßu till likspäxmings- källan (UU). När kondensatorspänningen tenderar att bli för hög komer alltså överskottet på energi i kommuteringsbetsen att återmatas' till likspännings- källan. Härigenom stabiliseras kretsen och osymmetri hos kondensatorspänningen förhindras. i Fig 5 visar stor-heterna uc, is och :LB som funktion av tiden vid växelriktaren enligt fig 4. Vid t - t1 antas att kondensatorspänningen är för hög relativt UD, vilket exempelvis kan ha orsakats av att UD minskat sedan föregående kom- mutering. Nar släcktyristorn SU tänds åter-matas då. snabbt kondensatorns över- skottsenergi till källan med hjälp av begränsningakretaen BU-Läu. Kondensator- spänningen sjunker snabbt till uct”. UD, varefter kommuteringsförloppet fort- sätter på tidigare beskrivet sätt, och vid avslutad konmmtering är uc fiU , dvs uppkomsten av en osymmetri har förhindrats. vid slutet av nästa kommute- ring (som påbörjas vid t = t 4) antas att kondensatorspänningen är på väg mot 10 15 20 25 s 450 317 ett alltför högt slutvärde relativt UD, vilket t ex kan ha orsakats av att UD ökat igen sedan föregående kommutering. Vid slutet av omsvängzzingen, när uc fiUD, griper då begränsningslQ-etsen BU-lïm in, strömmen i LDU flyttas över till hjälplindningen LBU och överskottet på magnetisk energi återföra till likspänningskällan.

Fig 6 visar en alternativ utföringsform av uppfinningen, vilken har fördelen at: ej hava et: mitfiuttag nos likspänningakällan (u). släekkonaensatom är uppdelad i två delar Cm respCKL, till vilkas hopkopplingspmzkt E släckty-ristorerzza- är anslutna. Begränsningslccetsarna BU-LBU resp BL-LBL är anslutna mellan klänmorna A och B. Håälplindningez-rxas varvtal väljes i detta fall ungefär dubbelt (lämpligen något mer än dubbelt) så. stort som huvudlind- ningzirnas varvtal. Fasuttaget F ansluts till ett motsvarande uttag hos ett belastningsobjekt eller växelspänningsnät. Kopplingen enligt fig 6 mngerar till alla väsentliga. delar som kopplingen enligt fig 4.

Fig 7 visar ett styrdon för en enfasig växelriktare enligt uppfinningen. Ein oscillator OSC avger en fyrkantspänning u1 med en* frekvens som är lika med frekvensen hos den önskade växelriktarutspänningen. Späxmingen u1 tillförs två monostabila løretsar MV1 och MV2 med dynamiska. ingångar (negerad hos lcretsen MV2). Vid varje övergång 0 -> 1 hos spänningen 111 avger lccetsen MV1 en puls p1 med längden f; , och vid varje övergång 1 -> 0 avger læetsen MV2 en puls p2 med längden Dessa pulser tillförs dels släcktyristorerxxa SU .och SL för tändning av dessa tyristorer, och dels fördröjningslcretsanla TD1 och TDZ med tidsfördröjningen td. Utsignalerzia från fördröjningskretsarna tillförs de bistabila kretsarna MV3 och MV4, vilka ett-ställs av fördröj- ningslæetsarnas utsignaler och därvid avger styr-pulser till huvudtyristorenza HU och m1. Kretsen Mvš nollställs av utsignalen pg från kretsen MV2, och kretsen MV4 nollställs av utsignalen p1 från lmetsen MV1. Styrpulseræia P1 och p2 till släoktyristorerna kan vara korta; och 1,1 kan t ex vara av stor- leksordningen 10 /us. Styrpulserna till huvudtyristorerzza får en varaktighet som är ungefär en halv period av späzmingen u1, dvs av växelriktarens utspän- ning.

Ovan har en växelriktare med endast en fasgzupp beskrivits. På. känt sätt kan dock en växelriktare byggas upp av två., tre eller flera fasgrupper av beskrivet slag.

Claims (4)

___..- .-._ .......-._..- ._ .- 450 317' e 6 PATENTKRAV _

1. Självkommuterad växelriktare med likspänningsklämmor (A, _B, C) för anslutning till en likspänningskälla (UU, UL). Váxelriktaren har två. huvud- grenar anslutna i serie med varandra mellan två likspänningsklämmor. Varje huvudgren innefattar en huvudtyristor (HU, HL), som är antiparallellkopplad med en diod (DU, DL), samt en i serie med huvudtyristorn och dioden-anordnad kommuteringsinduktor (LDU, 111m). En släcklcrets är ansluten mellan å ena. sidan en mellan de båda huvudgrenama anordnad kopplingspunkt och å. andra sidan minst en av likspänningsklämmorna. Släcklcretsen innefattar en släckkondensator (CK) och två till denna anslutna sinsemellan antiparallellkopplade släcktyris- torer (SU, _SL) med i förhållande till kopplingspuxzlcten motsatta ledriktningar. Anordningen k ä n n e t e c k n a s av att minst en av kommuteringsindukto- rerna är försedd med 'en hjälplindning (LBU, LBL), vilken via en diodkoppling (BU, BL) är ansluten mellan två av likspänningsklämmorrla.

2. Váxelriktare enligt patentlcn-av 1, vilken k ä n n e t e c k n a s av att båda kommuteringsinduktorerrxa har hjälplindxxingar (LBU, llßL), vilka var och en via en diodkoppling (BU, BL) är ansluten mellan två. likspänningsklännnor.

3. 5. Talxelrilctare enligt patentlmav 1, vilken ka". n n e t e c k n a s av att varje njälplinaning (LW, LBL) är i serie med en aioa (nu, m.) ansluten mellan två. likspänzzingsklämmor.

4. Växelriktare enligt patentkrav 1, vilken har två. likspänningsklämmor (A, B). Två. släckkondensatorer (Om, CKL) är i serie med varandra anslutna mellan likspäxmingsklämmom. släcktyristorem (su, si.) är antipamalleli- kopplade till varandra och anslutna mellan nämnda kopplingspunkt (F), vilken utgör växelrilctarens fasuttag, och släckkondensatorenuas hopkopplingapunkt (E). Växelriktaren k ä. n n e t e c k n a s av att båda kommuteringsinduk- torerna (LW, LM) har hjälplindningar (LBU, LBL), vilka var och en i serie med en diod (BU, BL) är anslutna mellan de båda likspänningsklännnorna (A, B).