CH656993A5

CH656993A5 - Steuerschaltkreis fuer einen gleichrichter und gesteuerter gleichrichter.

Info

Publication number: CH656993A5
Application number: CH6801/80A
Authority: CH
Inventors: Sumio Kobayashi; Tadashi Takahashi; Hidetoshi Ino; Takami Sakai
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co
Priority date: 1979-09-10
Filing date: 1980-09-10
Publication date: 1986-07-31
Also published as: DE3033916A1; SE451169B; DE3033916C2; CA1144600A; JPS5641720A; SE8006255L; US4320445A; JPS6249821B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steuerschaltkreis für einen Gleichrichter und einen gesteuerten Gleichrichter.

In Gleichstrom-Übertragungssystemen werden im allgemeinen Gleich- oder Wechselrichter angewendet. Für ein Drei-phasen-Wechselstromnetz wird der gesteuerte Gleichrichter als Dreiphasen-Brückenschaltung aufgebaut, deren Zweige durch Ventile aus einer Anzahl von in Reihe und parallel geschalteten Thyristoren gebildet werden. In jedem der Ventile wird durch Durchlassspannung nur an einigen Thyristoren abgetastet und das Schalten der Ventile wird so gesteuert, dass ein Steuersignal an die Steuerelektroden aller Thyristoren des Ventils nur angelegt wird, wenn die Durchlassspannung am Ventil auftritt. Wird ein Gleichstrom-Übertragungssystem in Betrieb genommen,

liegt eine erhöhte Spannung an den Ventilen an oder ein flies-sender Gleichstrom wird entsprechend der Schwingung zwischen einer Kapazität einer geerdeten Gleichstrom-Übertragungsleitung und einer Gleichstrom-Reaktanz unterbrochen. Der Zweiweg-Betrieb, bei dem zwei besondere Reihenzweige (Bypass-Zweige) in dem Ventil leitend sind, tritt zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme auf. Während dem Zweiweg-Betrieb ist das Ventil kurzgeschlossen. Beim unverriegelten Betrieb (oder Sechs-Phasenbetrieb) werden die einzelnen Zweige nacheinander durch Abschalten eines der Reihenzweige geschaltet. In jedem Ventil ist ein Ausgangskondensator parallel zu den Thyristoren geschaltet, so dass, wenn der Zweiweg-Betrieb in den Sechs-Phasenbetrieb umgeschaltet wird, der Ausgleichkondensator entladen wird, um zu bewirken, dass der Strom in der entgegengesetzten Richtung durch die Reihenzweige fliesst. Somit wird der Strom in dem im leitenden Zustand zu haltenden Thyristor beim Umschalten von Zweiweg-Betrieb auf Sechs-Phasenbetrieb unterbrochen, um eine Sperrspannung zu erzeugen. Ist diese Sperrspannung von kurzer Dauer, werden alle Thyristoren in den Ventilen nicht leitend sein aber leitend gemacht, sobald über diese eine Durchlassspannung angelegt wird, so dass der Gleichrichter den Sechs-Phasenbetrieb aufrechterhalten kann.

Die an den Thyristoren im Ventil angelegte Sperrspannung ändert sich bei den einzelnen Thyristoren und zwar abhängig vom Stromwert vor der Unterbrechung oder dem Differentialwert jenes Stromes oder wegen der Schwankungen in den Eigenschaften der Thyristoren. Somit werden zu diesem Zeitpunkt einige Thyristoren in den Ventilen abgeschaltet, während die restlichen leitend bleiben. Die Durchlasspannung des Ventils wird durch Abtasten der über einigen Thyristoren liegenden Spannung festgestellt, wobei die abgetastete Spannung als die über alle Thyristoren anliegende Spannung angenommen wird. Sind die Thyristoren, bei denen die Spannung abgetastet wird, leitend und liegt keine Durchlassspannung an, obwohl der Steuerschaltkreis das Steuersignal abgibt, wird dem Ventil kein Steuersignal zugeleitet, so dass das Ventil nicht geschaltet wird. Liegt eine Durchlassspannung am Ventil an, wird diese nur auf die abgeschalteten Thyristoren aufgeteilt. Ist die Anzahl der s

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abgeschalteten Thyristoren klein, wird deshalb eine die Sperrspannung der Thyristoren übersteigende Spannung anliegen, um deren Durchlass zu bewirken.

Ziel der Erfindung ist es, einen Steuerschaltkreis für einen Gleichrichter zu schaffen, mit dem es möglich ist, das Anlegen einer Durchlassspannung, die die über den abgeschalteten Thyristoren im Ventil liegende Sperrspannung übersteigt, zu verhindern, während das kontinuierlich leitend gehaltene Ventil vom Zweiweg-Betrieb zum Sechs-Phasenbetrieb umgeschaltet wird und um deren Durchlass zu verhindern.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäss mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen erreicht.

Ein gesteuerter Gleichrichter mit einem Steuerschaltkreis ist erfindungsgemäss durch die Merkmale des Patentanspruches 4 gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschema eines gesteuerten Gleichrichters,

Fig. 2 ein Blockschema eines Ausführungsbeispiels eines Steuerschaltkreises, und

Fig. 3A bis 31 Diagramme von Signalen, die in den verschiedenen Abschnitten des in Fig. 2 dargestellten Schaltkreises auftreten.

Die Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines gesteuerten Gleichrichters zum Gleichrichten eines Drei-Phasenwechselstromes in einen Gleichstrom. Die Eingangsklemmen 10, 12 und 14 sind an die entsprechenden Schienen des Drei-Phasennetzes angeschlossen. Die Klemme 10 ist an eine Klemme der Ventile 16, 18 für die Phase U bzw. X, die Klemme 12 ist an eine Klemme der Ventile 20, 22 für die Phase V bzw. Y und die Klemme 14 ist an eine Klemme der Ventile 24, 26 für die Phase W bzw. Z angeschlossen. Die Ventile 16, 18, 20, 22, 24 und 26 enthalten jeweils eine Mehrzahl von Thyristoren, die in Reihe geschaltet sind. Eine Schutzbeschalung aus einem Ausgleichswiderstand und -kondensator ist jeweils parallel zu diesen Thyristoren geschaltet. Die anderen Klemmen der Ventile 16, 20 und 24 für die Phasen U, V bzw. W sind an eine Ausgangsklemme 28 und die anderen Klemmen der Ventile 18, 22 und 26 für die Phasen X, Y bzw. Z sind an die Klemme 30 angeschlossen. Die Anschlussklemmen sind z.B. an eine nicht dargestellte Übertragungsleitung angeschlossen. Bei jedem Ventil 16, 18, 20, 22, 24 und 26 sind die entgegengesetzten Enden eines Teils (bei diesem Ausführungsbeispiel ein Strompfad, der durch die zwei benachbarten Reihen von Thyristoren gebildet wird) an jede Steuerschaltung 32, 34, 36, 38, 40 und 42 angeschlossen. Ein Phasensteuerschaltkreis 44 zur Erzeugung des Ein/Aus-Signals, das die Ventile steuert, ist an die Steuerschaltkreise 32, 34, 36, 38, 40 und 42 angeschlossen. Die Ausgangsklemmen der Steuerschaltkreise 32, 34, 36, 38, 40 und 42 sind einzeln an die Steuerelektroden der Thyristoren in den entsprechenden Ventilen 16, 18, 20, 22, 24 und 26 angeschlossen.

Nachfolgend wird der Aufbau dieser Steuerschaltkreise beschrieben. Da diese Steuerschaltkreise alle den gleichen Aufbau haben, wird nur der Aufbau des Steuerschaltkreises 32, welcher das Ventil 16 für die Phase U steuert in Bezug auf Fig. 2 beschrieben. Das Ventil 16 enthält eine Anzahl n in Serie geschaltete Thyristoren 16-1, 16-2 16-n, einen Ausgleichswiderstand 17-1 und einen Ausgleichskondensator 17-2. Eine lichtemittierende Diode 46 ist zwischen die Anode des ersten Thyristors 16-1 und der Kathode des zweiten Thyristors 16-2 geschaltet. Der dargestellte Anschluss in der Schaltung der lichtemittierenden Diode 46 ist lediglich beispielshaft und nicht auf eine solche beschränkt. Das von der lichtemittierenden Diode 46 ausgestrahlte Licht wird über einen Lichtleiter, z.B. ein Phaserbündel (nicht dargestellt) an einen photoelektrischen Wandler 48 geleitet. Die Ausgangsklemme des photoelektrischen Wandlers 48 ist an eine Eingangsklemme eines UND-Gatters 50 angeschlossen.

Ein Ein-Signal und Aus-Signal zum ein Ein- bzw. Abschalten des Ventils 16 für die Phase U werden von dem Phasensteuerschaltkreis 44 an den Setz- und Rücksetz-Eingang eines Flip-Flop 52 angelegt. Der Q-Ausgang des Flip-Flop 52 ist an s die andere Eingangsklemme des UND-Gatter 50 und auch an eine Eingangsklemme eines UND-Gatters 54 angeschlossen. Die Einschaltdauer jedes Thyristors, d.h. wenn am Q-Ausgang des Flip-Flop 52 ein Signal mit einem Zustand «Hoch» abgegeben wird, beträgt 120°el. Im Sechs-Phasenbetrieb werden die einzel-lo nen Ventile in der Folge U, Z, V, X, W und Y geschaltet, wobei ein Verzögerungswinkel von 60°el. zwischen zwei aufeinanderfolgenden Phasen vorgesehen ist. Ein Ein-Signal vom Einschalten des Ventils 22 für die Phase Y, das mit dem durch den Steuerschaltkreis 32 gesteuerten Ventil 16 für die Phase U frei-15 gegeben wird, wird von dem Phasensteuerschaltkreis 44 an einen anderen Eingang des UND-Gatters 54 im Phasenateuer-schaltkreis 32 abgegeben. Die Ausgänge der UND-Gatter 50 und 54 sind an entsprechende Eingangsklemmen eines ODER-Gatters 58 angeschlossen, dessen Ausgang an einen monostabi-20 len Multivibrator 60 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 60 wird über einen Verstärker 62 an eine lichtemittierende Diode geführt. Das von der lichtemittierenden Diode 64 ausgestrahlte Licht wird über eine nicht dargestellte Einrichtung an einen photoelektrischen Wandler 66 25 weitergeleitet. Die Ausgangsklemme des photoelektrischen Wandlers 66 ist an die Steuerelektroden der Thyristoren 16-1, 16-2, 16-n im Ventil 16 für die Phase U angeschlossen.

Im folgenden wird die Funktion dieses Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die Fig. 3 beschrieben. Die Funktion dieses 30 gesteuerten Gleichrichters wird anhand eines Falles beschrieben, bei dem ein Zweiweg-Betrieb bei dem nur die Ventile für die Phase U und X leitend sind beim Einschalten vorliegt und nachfolgend das Ventil 22 für die Phase Y geschaltet wird, um den Stromfluss aus dem Ventil 18 für die Phase X zum Ventil 35 22 für die Phase Y zu bewirken und somit das Ventil 22 für die Phase Y mit dem Ventil 16 für die Phase U unverriegelt zu lassen. Die einzelnen Ventile werden in der Folge U, Z, V, X, W, Y geschaltet. D.h., dass im Zweig das Ventil 16 für die Phase U zum Zeitpunkt, wenn von Zweiweg-Betrieb in Sechs-Phasenbe-40 trieb umgeschaltet wird, im leitenden Zustand gehalten wird.

Liegt eine dreiphasige Spannung an den Eingangsklemmen 10, 12 und 14 an, so liegt eine durch die ausgezogene Linie in Fig. 3A dargestellte Spannung über dem ersten und zweiten Thyristor 16-1 und 16-2 im Ventil 16 für die Phase U an. Somit 45 fliesst ein Strom durch die Ausgangsklemme 30, das Ventil 18 für die Phase X, das Ventil 16 für die Phase U und die Ausgangsklemme 28. Die lichtemittierende Diode 46 strahlt Licht ab, wenn die über die Thyristoren 16-1 und 16-2 anliegende Durchlassspannung oberhalb eines Soll-Wertes liegt, wie das so durch die gestrichelte Linie in Fig. 3A dargestellt ist. Der photoelektrische Wandler 48 gibt ein entsprechendes in Fig. 3B dargestelltes Ausgangssignal ab, wobei das Signal auf einen Zustand H gebracht wird, wenn der Soll-Wert überschritten wird. Während des Zeitraumes, während welchem die Durchlassspan-55 nung an das Ventil 16 für die Phase U anliegt, wird von dem Phasensteuerschaltkreis 44 ein Ein-Signal für die Phase U, welches ein Impuls ist (Fig. 3C) und das Ventil 16 für die Phase U einschaltet, an die Setzklemme des Flip-Flop 52 im Steuerschaltkreis 32 für das Ventil 16 angelegt, woraus das Q-Signal 60 des Flip-Flop 52 einen Zustand H annimmt, wie das in Fig. 3D dargestellt ist. Dieser Zustand wird beibehalten, bis ein AusSignal (Fig. 4E) von dem Phasensteuerschaltkreis 44 an die Rückstellklemme des Flip-Flop 52 abgegeben wird. Mit der Invertierung des Q-Signals auf den Zustand H wird das Aus-65 gangssignal des UND-Gatters 50 auf einen Zustand H gebracht, wie das in Fig. 3F dargestellt ist. Der monostabile Multivibrator 60 gibt ein Ausgangssignal mit einem Zustand H über einen bestimmten Zeitraum vom Anstieg des Ausgangssignals des UND-

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Gatters 50 ab (Fig. 3G). Auf Grund des Ausgangssignals des Multivibrators 60 sendet die lichtemittierende Diode 64 Licht aus, das durch den photoelektrischen Wandler 66 in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, welches an die Steuerelektroden aller Thyristoren 16-1, 16-2 16-n im Ventil für die

Phase 16 angelegt wird, wodurch das Ventil 16 geschaltet wird. Ist das Ventil geschaltet, wird die über den Thyristoren 16-1 und 16-2 liegende Spannung auf den Zustand L gebracht (Fig. 3A) und auch das Ausgangssignal des photoelektrischen Wandlers 48 wird in einen Zustand L umgewandelt (Fig. 3B).

Unterdessen wird ein Ein-Signal für das Ventil 18 von Phasensteuerschaltkreis 44 an die Steuerschaltung 34 für das Ventil 18 abgegeben, um dieses Ventil in der gleichen Weise zu spalten, wodurch der Zweiweg-Betrieb des Gleichrichters erreicht wird.

Zum Zeitpunkt an dem mit dem Schalten des Ventils 22 für die Phase X die Umschaltung vom Zweiweg-Betrieb in den Sechs-Phasenbetrieb folgt, wird der Ausgleichskondensator im Ventil 20 für die Phase V über die Ventile 16, 18 und 22 in dieser Folge entladen. Der Entladungsstrom fliesst durch die Ventile 16 und 18 in entgegengesetzter Richtung, so dass während des Zweiweg-Betriebes fliessende Strom unterbrochen wird und einige der Thyristoren in diesen Ventilen abgeschaltet werden. Werden die an die Steuerschaltung 32 angeschlossenen Thyristoren 16-1 und 16-2 im Ventil 16 für die Phase Y im leitenden Zustand gehalten, kann die lichtemittierende Diode 46 keine Durchlassspannung feststellen. In diesem Fall wird das Ausgangssignal des UND-Gatters 50 nicht einen Zustand H invertiert. Das Ventil 16 für die Phase U bleibt somit nicht leitend, so dass die Umschaltung vom Zweiweg-Betrieb in den Sechs-5 Phasenbetrieb nicht durchgeführt werden kann.

Das Ein-Signal wird zum Schalten des Ventil 22 für den Sechs-Phasenbetrieb auch an das UND-Gatter 54 in der Schaltung 32 angelegt, so dass das Ausgangssignal des UND-Gatters 54 in einem Zustand H gehalten wird (Fig. 31). Somit wird das io Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 60 über eine bestimmte Zeitdauer auf einem Zustand H gehalten (Fig. 3G) und zwar unabhängig vom Ausgangssignal des UND-Gatters 50. Auf diese Weise wird das Ventil 16 für die Phase U kontinuierlich leitend gehalten, so dass der Sechs-Phasenbetrieb mit 15 der Leitung beider Ventile 16 und 22 einsetzt. Da das Ventil 16 für die Phase U durch Ein-Signal für die Phase Y leitend gehalten wird, obwohl einige der Thyristoren 16-1, 16-2, 16-n im

Ventil 16 für die Phase U im Zeitpunkt, wenn der Zweiweg-Betrieb mit den Ventilen 16 und 18 auf den Sechs-Phasenbe-20 trieb mit den Ventilen 16 und 22 umgeschaltet ist, abgeschaltet sind, werden diese unverzüglich wieder eingeschaltet.

Während beim beschriebenen Ausführungsbeispiel Licht vom Schalten der Ventile verwendet wird, um eine elektrische Isolation der Ventile und der Steuerschaltungen zu schaffen, ist 25 es auch möglich, einen Impulstransformator oder ähnliches anzuwenden.

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3 Blätter Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Steuerschaltkreis für einen Gleichrichter, der eine Brük-kenschaltung aus Ventilen (16, 18, 20, 22, 24, 26), die jeweils eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Thyristoren enthalten, und einen Phasensteuerschaltkreis (44, 52) enthält, um ein Signal zum Einschalten der Thyristoren in der Brückenschaltung zu erzeugen, und welcher Gleichrichter beim Einschalten, bevor er in eine unverriegelte Betriebsweise umgeschaltet wird, im Zweiweg-Betrieb betrieben wird, gekennzeichnet durch einen Abtastschaltkreis (46, 48), der über die Anoden-Kathoden-Strecke von mindestens einem Thyristor (16-1 bis 16-N) in mindestens einem Ventil (16) in der Brückenschaltung geschaltet ist, um ein Abtastsignal entsprechend der Anodenspannung des Thyristors (16) zu erzeugen, durch eine erste Einrichtung (50), die an den Phasen-Steuerschaltkreis (44, 52) und den Abtastschaltkreis (46, 48) angeschlossen ist, um ein dem Abtastsignal entsprechendes erstes Steuersignal und ein erstes Einschaltsignal für das an den Abtastschaltkreis (46, 48) angeschlossene Ventil (16) zu erzeugen, und durch eine zweite Einrichtung (54), die an den Phasensteuerschaltkreis (44, 52) angeschlossen ist, um ein dem ersten Steuersignal entsprechendes zweites Steuersignal und ein zweites Einschaltsignal für das Ventil (22) zu erzeugen, das zur Entriegelung mit dem Ventil (16) zu schalten ist und an den Abtastschaltkreis (46, 48) angeschlossen ist.
2. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtastschaltkreis (46, 48) ein Licht aussendendes Element (46), um Licht auszusenden, wenn die Spannung in der Durchlassrichtung einen Soll-Wert übersteigt, und einen photoelektrischen Wandler (48) enthält, um in Abhängigkeit des empfangenen Lichtes ein Ausgangssignal zu erzeugen.
3. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Einrichtung (60, 62, 64, 66) vorgesehen ist, die ein an die erste und zweite Einrichtung (50, 54) angeschlossenes Licht aussendendes Element (64), um entsprechend einem des ersten und zweiten Steuersignals Licht auszusenden, und einen photoelektrischen Wandler (66) enthält, der an die Steuerelektrode aller an den Abtastschaltkreis (46, 48) angeschlossenen Thyristoren (16-1 bis 16-N) im Ventil angeschlossen ist, um Licht aus dem Licht aussendenden Element zu empfangen und ein dem empfangenen Licht entsprechendes Signal an die Steuerelektrode anzulegen.
4. Gesteuerter Gleichrichter mit einem Steuerschaltkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Brückenschaltung aus Ventilen (16, 18, 20, 22, 24, 26), die jeweils eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Thyristoren enthalten, durch einen Phasensteuerschaltkreis (44, 52), um ein Signal zum Einschalten der einzelnen Ventile in der Brückenschaltung entsprechend der Phase eines der Brückenschaltung zugeleiteten Wechselstromes zu erzeugen, durch einen Abtastschaltkreis (46, 48), der über die Anoden-Kathoden-Strecke von mindestens einem Thyristor (16-1, 16-2) in einem der Ventile (16) in der Brückenschaltung geschaltet ist, um ein Abtastsignal entsprechend der Anodenspannung des Thyristors (16-1, 16-2) zu erzeugen, durch eine erste Einrichtung (50), die an den Phasensteuerschaltkreis (44, 52) und den Abtastschaltkreis angeschlossen ist, um ein dem Abtastsignal entsprechendes Steuersignal und ein erstes Einschaltsignal für das an den Abtastschaltkreis (46, 48) angeschlossene Ventil (16) zu erzeugen, und durch eine zweite Einrichtung (54), die an den Phasensteuerschaltkreis (44, 52) angeschlossen ist, um ein dem ersten Steuersignal entsprechendes zweites Steuersignal und ein zweites Einschaltsignal für das Ventil (22), das zur Entriegelung mit dem Ventil (16) zu schalten ist und an den Abtastschaltkreis (46, 48) angeschlossen ist, zu erzeugen.
5. Gleichrichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtastschaltkreis (46, 48) ein Licht aussendendes Element (46), um Licht auszusenden, wenn die Spannung in der Durchlassrichtung einen Soll-Wert übersteigt, und einen photoelektrischen Wandler (48) enthält, um in Abhängigkeit des empfangenen Lichtes ein Ausgangssignal zu erzeugen.
6. Gleichrichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Einrichtung (60, 62, 64, 66) vorgesehen ist, die ein an die erste und zweite Einrichtung (50, 54) angeschlossenes Licht aussendendes Element (64), um entsprechend einem des ersten und zweiten Steuersignals Licht auszusenden, und einen photoelektrischen Wandler (66) enthält, der an die Steuerelektroden aller an den Abtastschaltkreis (46, 48) angeschlossenen Thyristoren (16-1 bis 16-N) im Ventil (16) angeschlossen ist, um Licht aus dem Licht aussendenden Element zu empfangen und ein dem empfangenen Licht entsprechendes Steuersignal an die Steuerelektroden abzugeben.