CH647364A5

CH647364A5 - Control and turn-off device for a pulse-controlled converter which commutates on the AC side

Info

Publication number: CH647364A5
Application number: CH407179A
Authority: CH
Inventors: Harm-Diedrich Harms; Burckhardt Kluzowski
Original assignee: Licentia Gmbh
Priority date: 1978-05-20
Filing date: 1979-05-01
Publication date: 1985-01-15
Also published as: DE2822563A1; AT367938B; ATA327579A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuer- und Löscheinrichtung für einen wechselstromseitig kommutierenden Pulsstromrichter, auf dessen Gleichstromseite ein eingeprägter Strom fliesst, mit Hauptthyristoren in Brückenschaltung und einer parallel zu zwei Hauptthyristoren angeordneten Löscheinrichtung mit Löschthyristoren in Einphasen-Brückenschal-tung und einem in der Brückendiagonalen befindlichen Löschkondensator.

Ein wechselstromseitig kommutierender Pulsstromrichter mit Hauptthyristoren in Brückenschaltung mit einem eingeprägten Strom auf der Gleichstromseite ist aus der DE-OS 24 51 960 bekannt. Die einzelnen Brückenzweige sollen dabei zu beliebigen Zeitpunkten sowohl gezündet als auch gelöscht werden können. Durch die Möglichkeit der Löschung der Thyristoren in den Brückenzweigen, d.h. durch die Pulsbar-keit des Stromrichters insgesamt, kann erreicht werden, dass auf der Wechselspannungsseite des Pulsstromrichters nahezu oberschwingungsfreie sinusförmige Grössen auftreten.

Zur Löschung beliebiger gerade stromführender Thyristoren des Pulsstromrichters zu einem frei wählbaren Zeitpunkt muss eine geeignete Löscheinrichtung vorgesehen sein, die zu jeder Zeit eine ausreichende Löschenergie zur Verfügung stellt.

Aus der DE-OS 25 14 557 ist eine Löscheinrichtung für die Thyristoren eines Wechselrichters in Brückenschaltung bekannt, bei der die wechselstromseitig jeweils eine zusätzliche Diode aufweisenden Brückenzweige über jeweils zwischen Thyristor und Diode angeschlossene Löschkondensatoren verbunden sind (Interphasenlöschung). Die Löschkondensatoren werden dabei über die Dioden wechselweise umgeladen und übernehmen hierbei den Laststrom, so dass der zu löschende Thyristor stromlos wird und für die nötige Schonzeit negative Spannung erhält. Voraussetzung für diese Art der Löschung sind Induktivitäten auf der Wechselstromseite (etwa die Wicklungen einer über den Wechselrichter gespeisten Maschine), die ein definiertes Aufladen der Löschkondensatoren gewährleisten. Diese Art der Löscheinrichtung versagt jedoch bei Pulsstromrichtern mit einem eingeprägten Strom auf der Gleichstromseite und Sapnnungseinprägung auf der Wechselseite. Diese Spannungseinprägung kann z.B. durch einen auf der Wechselseite zwischen den Eingangsklemmen angeordneten Kondensator gegeben sein. Dieser Kondensator bildet zusammen mit den netzseitigen Reaktanzen ein Filter, das die Oberschwingungen des Stromrichtereingangsstromes weitgehend ausfiltert. Der Kondensator bewirkt wegen der je nach Pulsung an ihm anliegenden Spannung jedoch, dass der Kommutierungskondensator bei der bekannten Interphasenlöschung über die Dioden nur bis zu eben dieser Spannung aufgeladen werden kann. Da diese Spannung sowohl Null als auch sogar negativ im Sinne der gewünschten Aufladung des Kommutierungskondensators sein kann, ist eine definierte Aufladung und damit eine jederzeit mögliche Löschung nicht gegeben.

Zur definierten Aufladung des Kommutierungskondensa-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

647 364

tors und einer sichergestellten Löschung der Hauptthyristoren sind bereits Anordnungen für zwangskommutierende Pulsstromrichter vorgeschlagen worden, bei denen die Kommutierungseinrichtung in den Hauptstromkreis integriert und die einzelnen Brückenzweige über Kommutierungskondensatoren miteinander verbunden sind oder bei denen die Kommutierungseinrichtung separat vom Hauptstromkreis angeordnet ist und durch Hinzufügen zusätzlicher Dioden der Kommutierungsstrom selbsttätig auf den jeweils zu löschenden Hauptthyristorzweig geschaltet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuer- und Löscheinrichtung für die Thyristoren eines wechselstromseitig kommutierenden Pulsstromrichters, auf dessen Gleichstromseite ein eingeprägter Strom fliesst, mit Hauptthyristoren in Brückenschaltung und einer parallel zu zwei Hauptthyristoren angeordneten Löscheinrichtung mit Löschthyristoren in Einphasen-Brückenschaltung und einem in der Brückendiagonalen befindlichen Löschkondensator, zu schaffen, die bei hoher Betriebssicherheit des Pulsstromrichters für diesen keine zusätzlichen Bauelemente neben den Hauptthyristoren und der Löscheinrichtung erforderlich macht und die geringe Durchlassverluste im Hauptstromkreis des Pulsstromrichters beinhaltet.

Diese Aufgabe wird durch die kennenzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden erläutert werden. Es zeigen

Figur 1 eine vollgesteuerte, halblöschbare Pulsstromrichter-Brückenschaltung mit der erfindungsgemässen Löscheinrichtung und

Figur 2 den schaltungstechnischen Aufbau der erfindungsgemässen Steuereinrichtung.

Gemäss Figur 1 wird eine vollgesteuerte Brückenschaltung, die aus Hauptthyristoren 1,2, 3 und 4 gebildet ist, von einem Wechselstromnetz über eine Induktivität gespeist. Die Brückenschaltung wird als Pulsstromrichter betrieben und speist über einen Widerstand 11 und eine Induktivität 12 mit einem eingeprägten Strom einen Verbraucher 13. An den wechselstromseitigen Eingangsklemmen des Pulsstromrichters ist ein Kondensator der Brückenschaltung parallelge-schaltet. Dieser Kondensator bildet zusammen mit der netz-seitigen Induktivität ein Filter, das die Oberschwingungen des Stromrichtereingangsstromes weitgehend ausfiltert, so dass das Netz nicht durch Oberschwingungen belastet wird.

Die Brückenschaltung soll im Ausführungsbeispiel halb-löschbar sein. Dies wird durch die erfindungsgemässe Löscheinrichtung bewirkt, die einen Kommutierungskondensator 9 und in Brückenschaltung angeordnete Thyristoren 5 bis 8 enthält.

Mit der halblöschbaren Ausführung entsprechend Figur 1 ist ein Betrieb des Pulsstromrichters in den beiden Quadranten möglich, in denen der Stromrichter wechselspannungssei-tig im induktiven Bereich arbeitet, da man für die nichtlösch-baren Brückenzweige auf die natürliche Kommutierung über den Kondensator angewiesen ist. Damit kann die Grundschwingung des wechselspannungsseitigen Eingangsstromes über einen Bereich von nahezu 180° der Netzperiode gegenüber der Eingangsspannung verschoben werden.

Parallel zum Kommutierungskondensator 9 ist ein Messwertumformer 10 angeordnet, dessen Aufgabe darin besteht, Polarität und Höhe der am Kommutierungskondensator 9 anliegenden Spannung zu erfassen und in logische Signale G und K umzuformen, wobei das Auftreten oder Nichtauftreten des Signals G für die Spannungshöhe davon abhängt, ob die am Kommutierungskondensator 9 anliegende Spannung grösser oder kleiner als die zur Zwangskommutierung nötige Mindestspannung ist, um einen jederzeit sicheren Betrieb des

Pulsstromrichters zu ermöglichen. Das logische Signal K wird durch die Polarität des Kommutierungskondensators 9 festgelegt.

Die an sich bekannte Betriebsweise des Pulsstromrichters besteht darin, dass der jeweilige zwangslöschbare Hauptthyristor 3 bzw. 4 durch Zünden der entsprechenden Löschthyristoren 6 und 7 bzw. 5 und 8 gelöscht wird. Durch diese Zwangslöschung wird der Kommutierungskondensator 9 so umgeladen, dass er danach zur Zwangslöschung des jeweils anderen zwangslöschbaren Hauptthyristors 3 bzw. 4 in der Lage ist. Diese abwechselnde Zwangslöschung wird durch eine geeignete Steuerlogik realisiert, die nachfolgend anhand der Figur 2 erläutert wird.

Der in der Figur 2 dargestellten Steuerlogik werden neben den bereits erläuterten Ausgangssignalen G und K des Messwertumformers 10 noch die von einer übergeordneten Regeleinrichtung 14 kommenden Signale B und F eingegeben. Diese der Steuerlogik übergeordnete Regeleinrichtung 14 dient zur Regelung von Gleichstrom und Gleichspannung nach den Erfordernissen des Verbrauchers 13. Die sechs Ausgänge der Steuerlogik sind über geeignete Steuerimpulsformer und -Verstärker mit den Steueranschlüssen der Haupt-und Löschthyristoren 1 bis 8 verbunden.

Das von der übergeordneten Regelungseinrichtung kommende Signal F entscheidet, ob der Gleichstrom im Freilaufoder Durchschaltbetrieb fliessen soll, wobei im Freilaufbetrieb der Gleichstromkreis über je zwei Hauptthyristoren 1, 3 oder 2,4 kurzgeschlossen ist. Das Signal B gibt die Polarität des jeweiligen Stromrichtereingangsstromes i vor.

Die Steuerlogik enthält einen Monoflop 15, dessen Eingang mit dem F-Signal beaufschlagt ist und dessen Ausgang mit den Takteingängen zweier D-Flipflops 16, 17 verbunden ist. Die D-Eingänge des D-Flipflops 16,17 sind an das K-Signal bzw. an das B-Signal angeschlossen, während die Ausgänge der D-Flipflops einem statischen Zuordner 20 zusammen mit dem F-Signal eingegeben werden. Dieser statische Zuordner 20 erfüllt die Aufgabe, durch logische Verknüpfung die Zündzeitpunkte für die einzelnen Thyristoren des Pulsstromrichters festzulegen. Seine statische Arbeitsweise erklärt sich dadurch, dass zur logischen Verknüpfung weder Zeitglieder noch Rückkopplungen Verwendung finden.

Die Ausgänge des statischen Zuordners 20 sind direkt mit den die Zündimpulse für die nicht zwangskommutierten Hauptthyristoren 1,2 und alle Löschthyristoren 5 bis 8 aufbereitenden Bauelemente verbunden. Die Zündzeitpunkte für die beiden zwangskommutierten Hauptthyristoren 3,4 werden über zwei UND-Gatter 18, 19 festgelegt, deren je drei Eingänge wie folgt belegt sind:

Während die Eingänge des ersten, dem Hauptthyristor 3 zugeordneten UND-Gatters 18, an dem die Zündzeitpunkte der Löschthyristoren 5, 8 festlegenden Ausgang des statischen Zuordners 20, über einen Inverter 21 an das K-Signal und direkt an das G-Signal angeschlossen sind, sind die Eingänge des zweiten, dem Hauptthyristor 4 zugeordneten UND-Gat-ters 19, an dem die Zündzeitpunkte der Löschthyristoren 6,7 festlegenden Ausgang des statischen Zuordners 20 und an das K- und G-Signal direkt angeschlossen.

Der innere Aufbau des statischen Zuordners 20 entspricht der Forderung nach logischer Verknüpgung der eingegebenen Signale zur Festlegung der Zündzeitpunkte für die einzelnen Thyristoren 1 bis 8. Er besteht aus vier weiteren UND-Gat-tern 204 bis 207, deren Ausgänge paarweise über zwei ODER-Gatter 208,209 an die Impulsgeber der Löschthyristoren 5, 8 bzw. 6, 7 und Eingänge der vorbeschriebenen UND-Gatter 18, 19 geführt sind. Die Eingänge dieser weiteren UND-Gat-ter 204 bis 207 sind wie folgt belegt:

a) das erste UND-Gatter 204 ist über einen ersten Inverter 201 mit dem F-Signal, über einen zweiten Inverter 202 mit

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

647 364

4

dem Ausgang des zweiten D-Flipflops 17 und direkt mit dem Ausgang des ersten D-Flipflops 16 verbunden;

b) das zweite UND-Gatter 205 ist direkt mit den Ausgängen beider D-Flipflops 16, 17 und ebenfalls direkt mit dem F-Signal verbunden; s c) das dritte UND-Gatter 206 ist über den zweiten Inverter 202 mit dem Ausgang des zweiten D-Flipflops 17, über einen dritten Inverter 203 mit dem Ausgang des ersten D-Flipflops 16 und mit dem F-Signal direkt verbunden;

d) das vierte UND-Gatter 207 ist über den ersten Inverter 10 201 mit dem F-Signal, über den dritten Inverter 203 mit dem Ausgang des ersten D-Flipflops 16 und direkt mit dem Ausgang des zweiten D-Flipflops 17 verbunden.

Die Zündimpulse für den ersten nicht zwangskommutierten Hauptthyristor 1 werden direkt vom Ausgang des zweiten '5 D-Flipflops 17, die Zündimpulse für den zweiten nicht zwangskommutierten Hauptthyristor 2 über den zweiten Inverter 202 vom Ausgang des zweiten D-Flipflops 17 hergeleitet.

Zum besseren Verständnis soll nachfolgend kurz die 20 Funktionsweise der erfindungsgemässen Zündeinrichtung erläutert werden:

Bei jedem Wechsel des von der übergeordneten Regelungseinrichtung kommenden Signals F, d.h. beim Wechsel von Freilauf- auf Durchschaltbetrieb oder umgekehrt, wird 25 im Monoflop 15 ein Flankenimpuls abgeleitet, der auf den Takteingang der beiden D-Flipflops 16, 17 gegeben wird. Bei jedem Wechsel des Signals F werden daher die an den D-Eingängen der D-Flipflops 16,17 anstehenden Signale B und K an den statischen Zuordner 20 weitergereicht, der aus den 30 Zuständen der logischen Signale B, F und K die entsprechenden Zündzeitpunkte für die Thyristoren 1 bis 8 festlegt. Über die beiden UND-Gatter 18,19 wird jeweils einer der beiden zwangskommutierten Hauptthyristoren 3 bzw. 4 nachgezündet, wenn der jeweils andere Thyristor 4 bzw. 3 gelöscht und die Umladung des Kommutierungskondensators 9 beendet ist. Auf diese Weise ist ein mehrmaliges Ein- und Ausschalten innerhalb einer Netzperiode möglich. Die Kommutierung der beiden anderen Hauptthyristoren erfolgt über das speisende Wechselstromnetz.

Da beim Einschalten des Pulsstromrichters der Kommutierungskondensator 9 ungeladen ist, wird durch geeignetes Zünden z.B. des Hauptthyristors 1 und der Löschthyristoren 5 und 8 bei maximaler positiver Stromrichtereingangsspannung ein Gleichstrom über den Kommutierungskondensator 9 geleitet und dieser dadurch aufgeladen. Dadurch wird eine zusätzliche Vorladeeinrichtung eingespart.

Bei Polaritätswechsel der Stromrichtereingangsspannung werden die Hauptthyristoren 2 und 3 zum Treiben gezündet. Die Richtung der Spannung am Kommutierungskondensator 9 ermöglicht es nun, den Hauptthyristor 3 durch Zünden der Löschthyristoren 6 und 7 zu löschen und damit den Pulsbetrieb aufzunehmen.

Die erfindungsgemässe Steuer- und Löscheinrichtung beinhaltet bei geringem Aufwand an starkstromseitigen Bauelementen und geringen Durchlassverlusten im Pulsstromrichter einen hohen Grad an Betriebssicherheit, wobei das speisende Wechselspannungsnetz nur mit geringer Blind- und Verzerrungsleistung belastet wird und Gleichstrom und Gleichspannung nach den Erfordernissen des Verbrauchers geregelt werden können.

G

1 Blatt Zeichnungen

Claims

647 364

1. Steuer- und Löscheinrichtung für die Thyristoren eines wechselstromseitig kommutierenden Pulsstromrichters, auf dessen Gleichstromseite ein eingeprägter Strom fliesst, mit Hauptthyristoren in Brückenschaltung und einer parallel zu zwei Hauptthyristoren angeordneten Löscheinrichtung mit Löschthyristoren in Einphasen-Brückenschaltung und einem in der Brückendia'gonalen befindlichen Löschkondensator, gekennzeichnet durch eine logische Schaltung, deren Eingänge mit logischen Signalen G, K, B und F beaufschlagt sind, wobei das logische Signal G für die Höhe und das logische Signal K für die Polarität der Kondensatorspannung von einem parallel zum Löschkondensator (9) geschalteten Messwertumformer (10) und das logische Signal B für die Polarität des Pulsstromrichter-Eingangsstromes und das logische Signal F für Freilauf- oder Dauerschaftbetrieb von einer der Steuereinrichtung übergeordneten Regelungseinrichtung (14) abgegeben werden, und deren Ausgänge mit den Steueranschlüssen der Haupt- und Löschthyristoren (1 bis 8) verbunden sind.

2. Steuer- und Löscheinrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ausgang des Messwertumformers (10) mit dem logischen Signal K für die Polarität der Löschkondensatorspannung mit je einem ersten Eingang zweier UND-Gatter (18,19) und der zweite Ausgang des Messwertumformers (10) mit dem logischen Signal G für die Höhe der Löschkondensatorspannung mit einem Eingang eines ersten D-Flipflops (16), über einen Inverter (21) mit einem zweiten Eingang des ersten UND-Gatters (18) und mit einem zweiten Eingang des zweiten UND-Gatters (19) verbunden ist, dass der erste Ausgang der übergeordneten Regelungseinrichtung (14) mit dem Signal B für die Polarität des Stromrichtereingangsstromes mit einem Eingang eines zweiten D-Flipflops (17) und der zweite Ausgang der übergeordneten Regelungseinrichtung (14) mit dem Signal F für Freilauf- oder Durchschaltbetrieb sowohl mit einem monostabilen Kippglied (15) als auch mit einem statischen Zuordner (20) verbunden ist, dass der Ausgang des monostabilen Kippgliedes (15) mit dem Takteingang der D-Flipflops (16,17) und dass zwei Ausgänge des statischen Zuordners (20) mit den Steueranschlüssen von zwei nicht zwangskommutierten Hauptthyristoren (1,2) und zwei weitere Ausgänge mit sämtlichen Löschthyristoren (5 bis 8) verbunden sind, wobei diese letzten Ausgänge an je einen dritten Eingang der beiden UND-Gatter (18,19) angeschlossen sind, deren Ausgänge wiederum an die Steueranschlüsse von zwei zwangskommutierten Hauptthyristoren (3,4) geführt sind.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Steuer- und Löscheinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Zuordner (20) vier weitere UND-Gatter (204 bis 207) enthält, deren Ausgänge paarweise an die Eingänge zweier ODER-Gatter (208,209) angeschlossen sind, deren Ausgänge wiederum sowohl an die Steueranschlüsse je zweier Löschthyristoren (5, 8 bzw. 6,7) als auch an je einen Eingang des ersten und zweiten UND-Gatters (18,19) angeschlossen sind, und dass die jeweils drei Eingänge der UND-Gatter (204 bis 207) folgendermassen belegt sind:

a) das erste UND-Gatter (204) ist über einen ersten Inverter (201) mit dem F-Signal, über einen zweiten Inverter (202) mit dem Ausgang des zweiten D-Flipflops (17) und direkt mit dem Ausgang des ersten D-Flipflops (16) verbunden;

b) das zweite UND-Gatter (205) ist direkt mit den Ausgängen beider D-Flipflops (16,17) und ebenfalls direkt mit dem F-Signal verbunden;

c) das dritte UND-Gatter (206) ist über den zweiten Inverter (202) mit dem Ausgang des zweiten D-Flipflops (17), über einen dritten Inverter (203) mit dem Ausgang des ersten D-Flipflops (16) und mit dem F-Signal direkt verbunden;

d) das vierte UND-Gatter (207) ist über den ersten Inverter (201) mit dem F-Signal, über den dritten Inverter (203) mit dem Ausgang des ersten D-Flipflops (16) und direkt mit dem Ausgang des zweiten D-Flipflops (17) verbunden.

4. Steuer- und Löscheinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündimpulse für den ersten nicht zwangskommutierten Hauptthyristor (1) direkt vom Ausgang des zweiten D-Flipflops (17), die Zündimpulse für den zweiten nicht zwangskommutierten Hauptthyristor (2) über den zweiten Inverter (202) vom Ausgang des zweiten D-Flipflops (17) hergeleitet werden.