<Desc/Clms Page number 1>
Anordnung zur Gleichspannungssteuerung in einer sechspulsigen Gleichrichteranlage mit Halbleiterventilen Während man bei Gleichrichtern mit Gasent- lactungsgefässen, die mit Steuergittern ausgerüstet sind, eine einfache Methode zur stufenlosen Steuerung der Gleichspannung zur Verfügung hat, isst man bei Halbleiterventilen als Gleichrichtern auf eine stufenlose Veränderung der speisenden Wechselspannung angewiesen,
welche bei kleinen und mittleren Leistungen mittels eines Stel@ltransformators durchführbar ist, aber einen grossen Aufwand erfordert.
Eine andere Möglichkeit zur stufenlosen Veränderung der speisenden Wechselspannung des Gleichrichters ist die Verwendung von Transduktoren, die in die Zuleitungen zu dien Gleichrichtern, eingebaut werden. Diese Transduktoren, die während der Stromfluss- d'auer der zugehörigen Halbleiterventile magnetisch gesättigt sind, können nach Verlöschen des Ventil- stromes,
also während' der Sperrdauer der Ventile durch eine Halbwellen-Steuerspannung, die an eine als Steuerwicklung dienende Spannungswicklung des Transduktors angeschlossen ist, ganz oder teilweisse ummagnetisiert werden. Hierdurch erfolgt der Wiedereintritt in die Sättigung, also die volle Stromleit- fähigkeit des Transduktors, je nach dem Grade der Ummagnetisierunig um eine bestimmte, veränderbare Zeit mehr oder weniger verspätet.
Diese Verzögerungszeit des Stromeinsatzes jedes Halbleiterventils ist proportional der Spannungszeitfl'äche der Steuerspannung der an der Arbeitswicklung des Tranad'uk- tors vor Einsetzen des Stromes auftretenden Span- nungszeitfläche der Arbeitsspannung.
Sie liefert eine veränderbare Herabsetzung der mittleren Gleichspannung, ähnlich, wie sie bei dien gittergesteuerten Gas- entladungsgleichrichtern infolge der Zündverzöge- rung eintritt.
Bei voller Ummagnetisierung von beispielsweise positiver zu negativer Sättigung durch den Steuerstrom ergibt sich die grösste Verzögerung der Stromeinsätze und damit die grösste Verminderung der mittleren Gleichspannung, während- bei fehlender Ummagrnetisierunig durch die Steuerspannung eine Verzögerung Null und damit die höchste Gleichspannung eintritt, die der Vollaussteuerung des GIeich- richters emspricht.
Diese Schaltung setzt indessen voraus, dass jedem Halbleiterventil ein Transduktor zugeordnet ist; sie erfordert daher für einen sechspulisigen Gleichrichter sechs Tramsduktoren. Die Arbeitswicklung jedes Transdüktors wird dabei von einem Halbwellenstrom durchflossen, was bedeutet, d:ass die Transduktoren strommässig nicht voll ausgenutzt sind.
Eine volle Ausnutzung der Transduktoren lässt sich nach einer weiter bekanntgewordenen Anordnung erreichen, wenn diese in. die Wechselstromzuleitungen der gesamten Gleichrichterschaltun:
g eingeschaltet werden. Dies führt aber nur bei solchen Gleibhrich- terschaltungen zum Erfolg, deren Wechselströme SfiromIiicken enthalten, in denen also die Ummagneti- sierung der Transduktoren mittels der Steuerspannung vorgenommen werden kann. Solche Schaltungen sind beigpiel!sweise die .Drehstrom-Brückenschaltung oder die 2X3-Phasenschaltung mit zweiphasiger Saugdrossel.
Bei einer solchen Anordnung der Transduktoren sind anstelle von bisher sechs nur noch drei Trans- duktoren erforderlich. Die Transduktoren führen dabei Vollströme in beiden Richtungen, sind also voll ausgenutzt.
Diese Ströme setzen sich, wenn man von .dem Überlappungs, oder Kommutierungswin cel der Ventilströme absieht, aus einer positiven und einer negativen Halbwelle je von der Strom-flü:
ssdauer von 120 e1 zusammen, so dass für den Steuereingriff der Steuerspannung etwa 60 e1 zur Verfügung stehen, in der die Ummagnetisierung dis Transduktors von
<Desc/Clms Page number 2>
positiver zu negativer Sättigung oder umgekehrt vor sich o--eil kann.
Die Spannungssteuerung der Trans- duktoren muss in diesem Falle durch eine Wechsel- spannung erfolgeng deren Phasenlage so zu wählen ist, dass jeweils eine Ummagnetisierung der Trans- duktoren in Richtung der folgenden Arbeits:strom- halbwelle erreicht wird.
Werden für die Spannungssteuerung der Transduktoren drei um 120 e1 gegeneinander verschobene Wechselspannungen der Netz- frequenz verwendet, so kann nur ein kleiner Ausschnitt der Spannungskurve wirksam werden. Hat der gegebene Ausschnitt der Spannung eine Spannungs- zeitfläche, die zur vollen Ummagnetisierung von positiver zu negativer Sättigung erforderlich ist, so liegt der Zustand eines voll ausgesteuerten Gleichrichters vor.
Ist indessen die wirksame Spannungszeitfläche der Steuerspannung kleiner, so kann das Einsetzen des Ventilstroms erst um so viel später erfolgen, bis die in der Arbeitswicklung des Transduktors wirkende Spannung die Ummagnetis:ierung bis zur Sättigung zu Ende geführt hat. Damit tritt wieder die vorhin beschriebene, der Gleichspannungssteuerung dienende Verspätung des Stromeinsatzes der Ventilströme ein.
Nur erfolgt sie hier so, dass bei höchster Steuerwechselspannung eine Vollaussteuerung des Gleichrichters, also .die höchste Gleichspannung, bei fehlender Steuenvechsefspannung dagegen die stärkste Verminderung der Gleichspannung eintritt.
An dieser Gleichspannung ssteuerung ist noch nachteilig, dass sie drei phasenverschobene Wechselspannungen erfordert, von denen nur ein kleiner Aus- schnitt ihrer Halbwellen ausgenutzt ist.
Deshalb werden nach der Erfindung in einer sechspulsigen. Gleichrichteranlage mit Halbleiterventilen und .in den Dreiphasenzu'leitungen eingeschalteten Transduktoren und mit einer Gleichrichterschal- tung, deren 'm den, Dreiphasenleitungen fliessende Wechselströme Stromlücken enthalten, die Transduk- toren mit in Reihe gesohalteten Steuerwicklungen versehen, die an eine der Steuerung dienende Wechselspannung dreifacher Netzfrequenz angeschlossen sind,
so dass eine sfiDuerbar e Ummagnetisierung der Transduktoren während der Stromlücken eintritt.
Die Gleichspannungssteuerung erfordert somit nur noch eine einzige Steuerwechselspannung, deren Halbwellen innerhalb der Stromlücken voll ausnutzbar sind.
Die steuerbare Ummagnetisierung setzt wieder voraus, dass die wirksame Spannungszeitfläche der Steuerspannung veränderbar ist, was entweder durch Änderung der Amplitude oder Änderung der Phasenlage der Steuerwechselspannung oder -durch beides möglich ist.
Da während der Verzögerungszeit des Stromeinsatzes der Ventilströme die der Arbeitswicklung der Transd'uktoren aufgedrückte Spannung des Hauptstromkreises wirksam ist, an die die Spannung :der Spamungswicklun:
g dies Transduktors infolge der magnetischen Kopplung gebunden ist, und da während der überlappungszeit der Ventilströme ebenfalls Spannungsbindungen anderer Art vorliegen, kann in den Stromkreis der Transduktoren eine DrosseIspull- vorgesehen werden, die jeweils anfallende Differenzspannungen aufnehmen kann und, dadurch den Steuer- wechselstrom begrenzt.
Ein Beispiel einer solchen Anordnung in einer Anlage mit dien. Gleichrichtern 7 bis 12 in Drehstrom- brückenschaltung ist in Fig. 1 dargestellt. Auf der Wechselstromiseibe der Brückenschaltung 1 sind die drei Transduktoren 2 angeordnet,
deren in Reihe geschaltete Steuerwicklungen durch den Steuerumformer 3 mit einer Steuerspannung der dreifachen Netz- frequenz gespeist werden. Der synchron betriebene Steuerumformer mit dem Frequenzverhältnis 1 :3 kann entweder als rotierender Umformer, der beispielsweise aus einem Motor M und einem Generator G besteht oder auch als magnetisch wirkender Fre- quenzwandler ausgeführt sein.
In der Fig. 2 sind die Wechselströme der Transduktoren in den. Phasen R, S, T mit i", angegeben. Diese Wechselströme setzen sich beispielsweise für die Phase R aus den Strömen in den Gleichrichtern 7 und 10 zusammen. Sie sind im wesentlichen Recht- eckimpülse, wobei die Form dies Anstieges und des Abfalles der Rechteckkurve durch die Kommutie- rung in :den Gleicbrichterelementen bestimmt wird.
Mit UST ist die Steuerwechselspannung bezeichnet, welche die dreifache Frequenz des Netzes hat. Sie ist so gewählt, dass in der Lücke des Stromes i,,, ihre Richtung gerade so ist wie die Richtung des darauffolgenden Stromes i".. Hierdurch wird erreicht, dass die Steuerwechselspannung eine Ummagnetisierung vornimmt, die dem darauffolgenden Strom i", wenigstens teilweise abgenommen wird.
Das gleiche gilt auch für die Phasen T, wo der Transduktor S den Gleiahrichterelementen 8 und 11 und der Transduk- tor T den Gleichrichterelementen 9 und 12 zugeordnet ist. Dadurch, dass gerade die dreifache Netzfre- quenz für die Steuerspannung gewählt wird, liegt auch bei den Phasen S und T immer gerade die Halbwelle vor dem darauffolgen.den Strom i"" welche gleiche Richtung wie dieser hat.
Die Steuerung durch Änderung der Amplitude der Steuerspannung kann durch Beeinflussung, der Generatorerregu:ng, die Steuerung durch Änderung der Phasenlage der Spannung kann mit Anwendung einer Phasenschiebeeinrichtu:ng erfolgen.
Die Steuerung durch Ampli:tudenänderung der Steuerspannung ist in Fig.3, die Steuerung durch Änderung der Phasenlage der Steuerspannung, in Fig. 4 weiter veranschaulicht. Die Steuerwechselspannung ist wieder mit uST, der in der Arbeitswicklung der Transduktoren fliessende Wechselstrom ist mit i,5. bezeichnet.
Die Sperrspannung deisjen@igen Ventils, das mit Erscheinen der positiven Halbwelle des Wechselstromes iw stromführend wird, ist in Fig. 3 mit der Bezeichnung usp eingetragen, sie hat auch für Fig. 4 den gleichen Verlauf.
In den Figuren sind zwei Steuerzustände dargestellt, deren Stromspannungsverlauf mit a und b gekennzeichnet sind.
<Desc/Clms Page number 3>
Der Steuerzustand a bedtutet volle Aussteuerung, der S:teuerzus.eand b nur eitre teilweise Ausstenerumg. Die, teilweise Aussteuerung ist mit a bezeichnet, welcher den Verschiebungswinkel bedeutet, der durch die Steuerung erreicht wird.
Der Einsatz des Stromes wird also bei b um a verzögert. Wird nun die Steuerspannung mit einer .solchen Amplitude an den Transduktar gelegt, dass ihre Spannungszeitlläche während der Lücke ausreicht, um die Ummiagnetisierung des Transduktors durchzuführen, so kann der Strom i , sofort einsetzen, wenn die Sperrspannung auf Null geht.
Dies entspricht der vollen Aussteuerung. Macht man neun aber die Steuerspannung kleiner, wie durch die waagrechte Schraffur angedeutet ist, so ist der Transdu.ktor noch nicht völlig ummagnetisiert, und e=s ist notwendig, ihm auch noch in dem Bereich, der durch den.
Winkel a gegeben ist, weiterhin umzu- magnetisieren. Hierdurch kann, der Strom i" erst .später in voller Höhe einsetzen und erhält dann die mit b gekennzeichnete Kurve. Die Fortsetzung der Ummagnetisierung erfolgt hierbei durch die Sperrspannung selbst, welche nun in gleicher Richtung liegt wie die vorhergehende Steuerspannung und die Um- magnetisierung beendet, so dass dann,der Stromeinsatz möglich ist.
In ähnlicher Weise geschieht die Steuerung, wenn man nicht die Amplitude der Steuerspannung, sondern ihre Phase verändert. Dies zeigt die Fig. 4. Für den Fall a liegen die gleichen Verhührcüsse vor wie in Fig.3. Dadurch, düss nun aber die Steuerspannung verschoben wird, tritt die Wirkung der Steuerspannung erst wieder um dien Winkel a später ein, und die Spannungsaeitfläche hat sich ebenfalls um den Winkel a verschoben.
Die Ummagnetisierung wird dabei aber auch noch durch die entstehende Sperrspannung unterstützt, so dass nicht die ganze Halbwelle zur Ummagnetisienung erforderlich ist. Auch hier entsteht der Gleichstrom erst dann, wenn die volle, Ummagne,tisierung erreicht ist.
Damit sich während der Verzögerungszeit die an der Steuerwicklung des Transduktors auftretende Spannung der an der Arbeitswicklung .liegenden po@i= tiven Sperrspannung uap angleichen kann, kann man die Vorschaltdrossel 4 (Feg. 1) im Steuerkreis vorsehen.
Sie nimmt die Differenzspannung zwischen Steuerspannung und positiver Sperrspannung, letztere im Windungsverhäl@tms der Wicklungen übersetzt, auf, bis das Ventil seinen in der Figur mit b gekennzeich- neten Arbeitsstrom aufgenommen hat und der Trans- duktor gesättigt ist.
Ähnlich liegen die Verhältnisse bei phasenver- schobener Steuerspannung b nach Fig. 4. Hier ist, die am Ende der negativen Halbwelle b des WechseIstro- mes iw einsetzende negative Steuerspannung noch unwirksam, weil sie der Ummagnetisierung entgegenwirkt.
Erst mit dem positiven Teil der Steuerspannung setzt die Ummagnetisierung ein, und auch diese Steuerspannung ist wieder unwirksam, wenn die Sperrspannung usp positiv wird, an der Arbeitswick- lung des Transduktors erscheinet und sich als die wer ter ummagnetisierende Spannung durchsetzt, bis wieder die Sättigung erreicht ist.
In diesem Augenblick findet der Einsatz des mit b gekennzeichneten, Stromes statt.