NL8003155A - Selectieve commutatieketen voor een omzetter. - Google Patents

Description

t 4 49 640/AH/AS - 1 -

Selectieve commutatieketen voor een omzetter.

De uitvinding heeft betrekking op een omzetter en meer in het bijzonder op een selectieve bekrachtiging van een commutatieketen in een zelf gecommuteerde omzetter door het blokkeren van de werking van de commutatie-5 keten wanneer de hoofdthyristoren zullen opengaan naar de spertoestand krachtens de spanning-stroomfase verhouding van de belasting, en het schakel- of modulatiepa-troon van de omzetter.

In het gegeven concept wordt onder een omzetter 10 een inrichting verstaan, waarmede elektrische gelijk- stroomenergie vanuit een gelijkstroombron wordt omgezet in elektrische wisselstroomenergie, die geschikt is om te worden gebruikt door industriële verbruikers en andere verbruikers van elektrische energie. De meeste omzetters 15 bevatten ten minste één paar hoofdschakelelementen en door het afwisselend bekrachtigen van elk schakelelement zal elektrische energie vanuit de gelijkstroombron door de belasting stromen, eerst in de ene richting en vervolgens in de tegengestelde richting, waarbij een grond-20 golfvorm van een wisselstroom wordt gevormd.

In een omzetter kan worden gebruik gemaakt van verschillende soorten schakelelementen zoals een schakelelement voor het aansluiten van de positieve en negatieve ingangslijn op de belasting. Halfgeleiderscha-25 kelelementen zoals thyristoren worden thans veelvuldig gebruikt in omzetters en dit type schakelelement is in hoofdzaak een éénrichtingsschakelelement, zodat hoog energetische stroompulsen slechts in één richting worden doorgelaten wanneer het schakelelement wordt omgeschakeld 30 door middel van een poort- of kloksignaal. Sommige half-geleiderschakelelementen, in het bijzonder die, welke gereed zijn voor het verwerken van grote stromen zoals thyristoren, zullen niet direct na het verwijderen van het poortsignaal van een geleidingstoestand naar een 35 niet-geleidingstoestand omschakelen, doch vereisen, dat de hier doorheengaande momentele stroom wordt gereduceerd tot nagenoeg nul, soms in combinatie met een voorspanning

ο η ή 1 1 ς R

- 2 - in de sperrichting, teneinde de thyristoren over te schakelen naar een uit-stand. Het proces, waarmede de stroom wordt gereduceerd tot nul, is bekend als "commutatie" en voor het uitvoeren van deze functie zijn 5 velerlei ketenconfiguraties voorgesteld, waarmede energie wordt opgezameld en vervolgens wordt vrijgegeven. Vele commutatieketen werken door de stroom in het halfgeleiderelement vanuit een opzamelorgaan zoals een condensator of resonantieketen gedurende een tijdsperiode, groter 10 dan de uitschakelt!jd van het halfgeleiderelement, te verdringen. Gedurende deze periode wordt de belastingstroom door het geheugenorgaan toegevoerd en zal de stroomwaarde door de thyristor afvallen tot nul gedurende een voldoende lange tijdsperiode om de thyristor 15 te doen overschakelen naar de niet-geleidingstoestand.

In het algemeen is gebleken, dat het wenselijk is , om bij omzetter de omzetting van elektrische gelijk-stroomenergie naar elektrische wisselstroomenergie zo efficient mogelijk te doen uitvoeren met het oog op 20 energiebesparing, kostenbesparing, enz. Een methode voor het verbeteren van het omzetterrendement is het zo nauwkeurig mogelijk aanpassen van de grootte van de commu-tatiestroompuls aan de momentele waarde van de doven stroom. Bekend is, dat de vereiste waarde van een commu-25 tatiepuls direct afhankelijk is van de grootte van de belastingsstroom en dat een bepaalde rendementsverbe-teringstechniek bestaat uit het verlagen van de energie, opgezameld in de commutatieketen, per periode in afhankelijkheid van de belasting.

30 Uit de Amerikaanse octrooiaanvrage No. 973.339 van de aanvraagster is een verbeterde hulpmutatieketen voor een omzetter bekend, welke hulpmutatieketen van het pulsgecommuteerde brugomzettertype is, waarin extra commutatieënergie wordt opgezameld aan een paar tegen-35 gesteld geladen condensatoren. In plaats van te werken in elke periode zijn schakelelemehten in serie met de opgeladen condensatoren alleen werkzaam in antwoord op een gedetecteerde overstroomtoestand teneinde de extra opgeborgen energie voor commutatie te leveren.

800 3 1 55 c * - 3 -

Verder is uit de Amerikaanse octrooiaanvrage No. 972.543, eveneens ingediend door de aanvraagster, een besturingsketen, gebruikt in combinatie met een hulpcommutatieketen van een omzetter, bekend, die rea-5 geert op de verlengde tijdsperiode, voortvloeiende uit de aanvullende capaciteit, en de start van de opbouwpuls verlengt. Dit maakt een natuurlijke vertraging van de mutatiepuls mogelijk, zodat de opbouwpuls begint wanneer de momentele waarde van de stroom door de thyristor 10 laag is.

Verder is uit het Amerikaanse octrooischrift No. 3.391.328 een commutatieketen voor thyristoren met een verbeterd rendement bekend, waarbij de commutatie-stroomwaarde begrensd is tot die, welke nader tot het 15 niveau, vereist voor veilige commutatie, waardoor stroom- verspilling tot een minimum wordt beperkt en het rendement wordt verhoogd.

In alle bovengenoemde literatuurplaatsen wordt gebruik gemaakt van een commutatieketen, die op cyclische 20 basis in werking wordt gesteld teneinde de belastings- stroom door de thyristor, die geschakeld wordt, in hoofdzaak te doven, ongeacht een commutatiestroom daadwerke-'lijk vereist is. Telkens wanneer de commutatieketen wordt getrekkerd zal derhalve iets van de energie van de bron 25 worden gebruikt door het opzamelen en ontladen van een deel van deze energie in de omzetter, wat ten koste gaat van het rendement van de omzetter.

De uitvinding heeft ten doel een commutatieketen voor een omzetter te verschaffen, die over het gehele 30 belastingsgebied rendabeler werkt door de commutatieketen te blokkeren wanneer de hoofdthyristoren kunnen worden geschakeld naar de niet-geleidingstoestand door uitsluitend haar poortsignaal te verwijderen.

Volgens de uitvinding worden een paar commutatie-35 condensatoren op een stabiel spanningsniveau van ½ E. gehouden totdat is vastgesteld, dat een schakelen zon--der commutatiesignaal van de hoofdthyristoren niet kan plaats vinden. Op dit tijdstip worden de commutatie-condensatoren opgeladen tot een spanningsniveau met 800 3 1 55 - 4 - een polariteit, die geschikt is voor het doven van de stroom in de hoofdthyristoren. De commutatiecondensatoren worden vervolgens teruggebracht op het stabiele spanningsniveau ½ Ein totdat is vastgesteld, dat een verdere com-5 mutatiepuls is vereist.

Volgens een kenmerk van de uitvinding wordt de normale volgorde van de commutatieopbouwpuls omgekeerd zodat de opbouwpuls direct vóór een commutatiepuls optreedt, waardoor de commutatiecondensatoren alleen vol- 4 10 ledig worden opgeladen wanneer dit vereist is voor het leveren van een stroompuls aan de belasting gedurende de hoofdthyristorschakelperiode.

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin bij wijze 15 van voorbeeld een gunstige uitvoeringsvorm van een omzetter commutatieke ten volgens de uitvinding is weergegeven. Hierin toont:

Fig. 1 een blokschema van een gunstige uitvoeringsvorm van de omzettercommutatieketen volgens 20 de uitvinding met een besturingsketen hiervoor, en

Fig. 2 een grafische voorstelling van de golf-vormen als functie van de tijd die optreden in verschillende punten van de keten volgens fig. 1.

De in fig. 1 weergegeven gunstige uitvoerings-25 vorm van de gelijkstroom/wisselstroom-omzetter volgens de uitvinding wordt gebruikt voor het omvormen van elektrische gelijkstroomenergie in elektrische gelijk-stroomenergie voor gebruik in een energiebedrijf of andere elektrische energieverbruiken. Zoals fig. 1 toont, 30 bevat de omzetter een negatieve voedingslijn 10 en een positieve voedingslijn 12, die elektrische gelijkstroomenergie ontvangen vanuit een (niet nader weergegeven) externe voedingsbron. Hoewel in fig. 1 tussen de negatieve lijn 10 en de positieve lijn 12 een enkele halve brug 35 is aangesloten, zal het duidelijk zijn, dat gebruik kan worden gemaakt van een willekeurig aantal halve bruggen en een meerfas ige wisselstroomuitgangsenergie kan worden gevormd uit een aantal in de juiste fase geschakelde halve bruggen. Een paar hoofdhalfgeleiderschakelele- 800 3 1 55 - 5 - menten zoals een thyristor 14 en een thyristor 16, die resp. via leidingen 18 en 20 zijn aangesloten op de negatieve ingangslijn 10 en de positieve ingangslijn 12, die een poortschakelen van de elektrische gelijkstroomenergie 5 vanuit de bron. Een inductief element 22 is via een leiding 24 aangesloten op de kathodezijde van de thyristor 16, terwijl de andere zijde van het inductieve element 22 is aangesloten op een uitgangsknooppunt 26 via een lijn 28.

Evenzo is een inductief element 32 via een leiding 34 10 aangesloten op de anodezijde van de thyristor 14, terwijl de andere zijde van het inductieve element 32 via een leiding 36 is aangesloten op het uitgangsknooppunt 26. Op het uitgangsknooppunt 26 is een leiding 37 aangesloten voor het verschaffen van een uitgangslijn voor de stroom 15 naar een belasting 40. De thyristoren 14 en 16 worden resp. gesteund door een diode 38 en een diode 39 teneinde een shunt te verschaffen voor de stroom naar de ingangs-lijnen in een richting, tegengesteld aan die, verschaft door de éénrichtingsthyristoren.

20 Zoals eerder kort is aangeduid, bestaat een hoofdkenmerk van de uitvinding hierin, dat de commutatie-keten voor de hoofdthyristoren niet telkens behoeft te worden opgeladen of bediend wanneer de hoofdthyristoren moeten worden uitgeschakeld, waardoor het omgezette ren-25 dement wordt verbeterd. Zoals bekend is, zullen veel halfgeleiderschakelelementen, in het bijzonder die met een hoog stroomvermogen, van hun niet-geleidingstoestand vrijwel onmiddellijk na hun geleidingstoestand schakelen in antwoord op een geschikt signaal, aangelegd aan hun 30 poortelektrode. Teneinde evenwel kenmerkende vermogens-thyristoren van haar geleidingstoestand naar haar niet-geleidings toestand om te schakelen, moet de stroom in de anode-kathodeweg tot nul worden gereduceerd voor een tevoren bepaalde tijdsperiode, bekend als de uitschakel-35 tijd alvorens de thyristor kan overgaan naar haar niet-geleidingstoestand. Er kan gebruik worden gemaakt van een cummutatueketen voor het opzamelen van voldoende energie op basis van per cyclus teneinde een stroompuls af te geven aan de belasting in plaats van die door de 800 3 1 55 - 6 - halfgeleiderschakelelementen, waardoor zij. kunnen overgaan in de niet-geleidingstoestand. Telkens wanneer evenwel de commutatieketen wordt bekrachtigd voor het leveren van deze cummutatiepuls en vervolgens wordt opgeladen 5 voor het hierna volgens bedienen zal elektrische energie worden gebruikt, wat ten koste gaat van het totale omzet-rendement.

De in fig. 1 weergegeven commutatieketen bevat een commutatiecondensator 42 en een commutatiecondensa-10 tor 44, welke condensatoren geschakeld zijn tussen de negatieve ingangslijn 10 en de positieve ingangslijn 12, zodat de bronspanning E gelijkelijk hierover wordt verdeeld. Een paar thyristoren GTO 46 en GTO 48 zijn in een rug aan rug-configuratie geschakeld tussen enerzijds het gemeen-15 schappelijke verbindingspunt 50 van de commutatieconden-satoren 42 en 44 en anderzijds het uitgangsknooppunt 26 via een lijn 52. De thyristoren 46 en 48 zijn geschikt om van de geleidingstoestand naar de niet-geleidingstoestand over te gaan, waarbij een voorwaartse stroom wordt ge-20 sperd door uitsluitend aan een bijbehorende elektrode een geschikte puls toe te voeren, doch deze thyristoren hebben niet een dermate hoge toelaatbare stroombelasting als de hoofdthyristoren. Deze thyristoren zijn in de handel bekend onder de namen "poortelektrode-uitschakelelementen" 25 of "spertransistoren" en worden geleverd door verschillende halfgeleiderfabrikanten, o.m. door General Electric Company en Westinghouse Electric Corporation. Een poort-elektrodestuurketen 51 en een poortelektrodestuurketen 52 zijn aangesloten op de stuurelektroden voor resp. de 30 thyristoren 46 en 48 teneinde een geschikt poortsignaal te leveren voor het schakelen van deze schakelelementen tussen de niet-geleidingstoestand en geleidingstoestand.

Een belangrijk kenmerk volgens de uitvinding is dat de normale volgorde van de commutatiepuls en opbouw-35 puls wordt omgekeerd, zodat de opbouwpuls in elke schakel-periode direct vóór de commutatiepuls optreedt. Dit betekent, dat de commutatiecondensatoren niet voor commu-tatie worden opgeladen voordatis vastgesteld, dat een commutatiepuls zal nodig zijn. Gedurende dit proces zal één 8003155 # » - 7 - van de beide condensatoren, al naar gelang welke van de hoofdthyristoren in de geleidingstoestand is, worden opgeladen tot een spanningsniveau van ca. 3/2 Ein, terwijl de andere condensator wordt opgeladen tot een 5 negatieve potentiaal ½ E^n, teneinde voldoende commu- tatieenergie op -te zamelen. Wanneer de betreffende condensatoren op geschikte wijze zijn opgeladen kan het juiste thyristorschakelelement worden bekrachtigd voor het leveren van een commutatiepuls. Aan de hand van fig. 1 10 zal nu de in de omzetter opgenomen besturingsketen worden beschreven, die geschikt is voor het bekrachtigen van de werkzame elementen van de omzetter. Het zal duidelijk zijn, dat in de normale situatie een besturingssysteem voor conventionele energieömzetter aanzienlijk ge-15 compliceerder moet zijn dan die, welke is weergegeven in fig. 1, zodat een aantal van de uitgangsgolfparameters zoals de fasehoek, de spanningswaarde, enz. van het uitgangsvermogen kunnen worden gevarieerd. Omdat de redenen en overwegingen voor het gebruikmaken van ver-20 schillende bij het schakelen optredende golfvormen voor de hoofdthyristoren in het algemeen voor de vakman bekend zijn en geen deel uitmaken van de uitvinding, wordt een uiteenzetting van de voordelen en nadelen van deze golfvormen hier overbodig geacht. Een stuurgolfvormgene-25 rator 60 levert ten minste één schakelgolfvormpatroon, dat in hoofdzaak een voorgekozen patroon met betrekking tot de gewenste grondfrequentie en harmonischen-inhoud van de uitgangsgolfvorm is. De uitgang van de golfvorm-generator 60 is aangesloten op een poortingsvolgorde-30 eenheid 62. De poortingsvolgordeëenheid 62 vormt enkel een aantal afzonderlijke schakelsignalen vanuit het hoofd-schakelpatroon, geleverd door golfvormgenerator 60, bij elk van deze afzonderlijke signalen wordt aangepast aan de betreffende karakteristieken van elk van de thyris-35 toren, gebruikt in de omzetter. Een dergelijke golfvorm wordt via de lijn 64 door de poortversterker 66 aangeboden aan de stuurelektrode van de hoofdthyristor 16, terwijl een verdere golfvorm via de lijn 68 en de poortversterker 70 wordt aangeboden aan de stuurelektrode van de thyris- 800 3 1 55 - 8 - tor 14. De poortversterkers 66 en 70 hebben een uitgangssignaal, dat geschikt is voor het sturen van de hoofd-thyristoren. De poortingsvolgordeketen 62 levert ook schakelsignaalgolfvormen, die zijn aangepast aan de 5 thyristoren 46 en 48 en doen deze op het juiste tijdstip overgaan in de schakelingsreeks.

Teneinde de richting en de grootte van de belas-tingsstroom op een gegeven tijdstip te bepalen, is een stroomdetector 80 geplaatst tussen het uitgangsknooppunt 10 26 en de belasting 40 in de lijn 37. In antwoord op een positieve stroom levert de stroomdetector 80 via een lijn 82 een met deze positieve stroom evenredig signaal aan een positief niveau-ver ge lijker 84. Evenzo zal in antwoord op een negatieve stroom door de stroomdetector 80 en 15 hiermede evenredig signaal via een lijn 86 worden afgegeven aan een negatief niveau-vergelijker 88. Door een vergelijking van de stroomrichting met het thyristor schakelpatroon kan worden vastgesteld of het uitvoeren van een commutatie al dan niet vereist is, onder gebruik-20 making van een logische keten, die later meer in detail zal worden beschreven.

Een verder kenmerk van de uitvinding is dat de commutatorcondensatoren worden teruggebracht tot een stabiel spanningsniveau aan het einde van de commutatie-25 periode. Dit wordt bewerkstelligd door het detecteren van het spanningsniveau over de mutatiecondensatoren en het vervolgens op het juiste tijdstip schakelen van de betreffende thyristor. Van een vergelijkerketen 90 is een ingang via de lijn 92 aangesloten op de negatieve 30 ingangslijn, een verdere ingangslijn via een lijn 94 aangesloten op het knooppunt 50, en nog een verdere ingangslijn via een lijn 96 aangesloten op de positieve ingangslijn 12. Deze vergelijkerketen 90 detecteert de spanning over de condensator 42 en een verdere, op 35 dezelfde drie lijnen aangesloten vergelijker 98 detecteert de spanning over de condensator 44. Elk van de twee vergeli jkerke tens vergelijkt de momentele spanning over haar respectieve condensator met het totale broningangsspan -ningsniveau E^n en levert een uitgangssignaal wanneer 800 3 1 55 - 9 - deze spanning een tevoren gekozen niveau van circa ½ E^n bereikt.

Zoals eerder opgemerkt, wordt een bijzonder kenmerk van de selectieve commutatieketen volgens de uit-5 vinding gevormd door het feit, dat de geleidingstoestand van de hoofdthyristoren in de brug en de richting en grootte van de stroom naar de belasting wordt bepaald en deze informatie vervolgens wordt gebruikt om vast te stellen of de hoofdthyristoren kunnen worden uitgeschakeld 10 door uitsluitend hun poortsignaal te verwijderen of dat de commutatieketen nodig is om de geleidende hoofdthyris-tor te doen overgaan naar haar niet-geleidingstoestand.

In het blokschema volgens fig. 1 is een logische keten weergegeven voor het uitvoeren van de bovengenoemde lo-15 gische beslissing en haar werking zal worden uiteengezet in samenhang met die van de omzetter. Het zal evenwel duidelijk zijn, dat talrijke andere logische ketenconfiguraties zouden kunnen worden gebruikt voor het uitvoeren van deze logische bewerking zoals een geschikte 20 geprogrammeerde microprocessor of gelijkwaardige keten.

Fig. 2 toont een aantal golfvormen ter toelichting van de werking van een omzetter, waarin gebruik is gemaakt van de selectieve commutatietechniek volgens de uitvinding.

De in fig. 2 bij a voorgestelde golfvorm 100 is een 25 kenmerkende schakelgolfvorm en wordt door de generator 60 aangeboden aan de poortingsvolgordeketen 62. Op voor de vakman bekende wijze zullen door de poortingsvolgorde-eenheid 62 door tussenkomst van de poortstuurketen 66 en 70 de hoofdthyristoren 14 en 16 afwisselend geleidend 30 worden gemaakt dichtbij de overgangspunten in het scha-kelgolfvormpatroon zodanig, dat de positive ingangslijn 12 en de negatieve ingangslijn 10 afwisselend via het uitgangsknooppunt 26 worden verbonden met de belasting 40. Hierdoor ontstaat een wisselstroom tussen de omzetter en 35 de belasting en de in fig. 2 bij a weergegeven golfvorm 102 stelt één van de vele mogelijke stroomgolfvormen van de harmonischen voor, die kunnen optreden, waarbij deze golfvorm 102 in het bijzonder een toestand met een vermogensfactor van nagenoeg een voorstelt. Zoals 8093155 - 10 - bekend zal de faseverhouding tussen de spanning- en stroomgolfvormen aan de omzetteruitgang zeer waarschijnlijk continu variëren en is primair afhankelijk van de reactiere component van de belastingsimpedantie.

5 De beslissing uitvoerende logische keten, toe gepast in de selectieve commutatieketen volgens de uitvinding, bevat een EN-poort 110, waarvan de uitgang is aangesloten op het aan-aansluitcontact van de poortstuur-keten 51, en verder een EN-poort 112, waarvan de uitgang 10 is aangesloten op het uit-aansluitcontact van de poort-stuurketen 51. Op soortgelijke wijze is een EN-poort 114 met haar uitgang aangesloten op het aan-aansluitcontact van de poortstuurketen 52, terwijl de uitgang van de EN-poort 116 is aangesloten op het uit-aansluitcontact 15 van de poortstuurketen 52. De poortingsvolgordegenerator 62 geeftvia de lijn 118 een digitaal signaal af aan de EN-poort 110 teneinde de aanschakelpunten in de bij de thyristor 46 behorende stuurgolfvorm te klokken. Evenzo wordt door de poortingsvolgordeeenheid 62 via de lijn 120 20 een digitaal signaal afgegeven aan de ene ingang van de EN-poort 112 teneinde de uitschakelpunten voor de thyristor 46 in de schakelpatroongolfvorm te klokken. De aanschakelpunten in het schakelpatroon voor de thyristor 48 worden via de lijn 122 geklokt naar de ene ingang van de 25 EN-poort 114, terwijl de uitschakelovergangen via de lijn 124 digitaal worden aangeboden aan een ingang van de EN-poort 116. Van de EN-poort 112 is de ene ingang via de lijn 126 aangesloten op de vergelijker 98, terwijl de ene ingang van de EN-poort 116 via een lijn 128 30 is aangesloten op de vergelijker 90 voor het ontvangen van een digitale aanwijzing van het spanningsniveau over de commutatiecondensatoren. Een monostabiele multivibrator 150 reageert op een aanschakelsignaal aan de poort-stuurketen 51 en geeft een vrijgeefsignaal af aan de 35 poortstuurketen 52, terwijl een verdere monostabiele multivibrator 151 reageert op een aanschakelsignaal aan de poortstuurketen 52 en een vrijgeefsignaal afgeeft aan de poortstuurketen 51. Bij de monostabiele multivibratoren 150 en 151 hebben een eigen periode en geven een 800 3 1 55 - 11 - uitgangssignaal af aan de eindflank van de periode. Door een eenvoudige digitale logische keten wordt vastgesteld of er een stroom door de hoofdthyristor 16 gaat wanneer deze in de geleidingstoestand is. De positieve vergelij-5 ker 84 geeft een digitaal uitgangssignaal af, dat een positieve stroom naar de belasting aangeeft, welk signaal in de vertragingseenheid 130 wordt vertraagd met een periode X en dan via de lijn 132 wordt afgegeven aan de ene ingang van een EN-poort 134. De andere ingang van de 10 EN-poort 134 is via een lijn 136 aangesloten op de poor-tingsvolgordegenerator 62 voor het ontvangen van de poortingssignaalgolfvorm van de hoofdthyristor 16, die in hoofdzaak aangeeft, dat de thyristor gedurende een bepaalde periode is aangeschakeld zodat hier doorheen een 15 belastingsstroom kan gaan. Wanneer beide toestanden optreden zal door de hoofdthyristor 16 een belastingsstroom gaan en door de EN-poort 134 een signaal, dat dit aangeeft, worden afgegeven aan het ene aansluitcontact van de EN-poort 110 via de lijn 135. Bijgevolg kan de EN-20 poort 110 worden vrijgegeven teneinde de poortstuurketen 51 te bekrachtigen wanneer het schakelingspuntsignaal vanuit de poortingsvolgordeëenheid 62 is aangekomen.

Op soortgelijke wijze wordt vastgesteld of door de thyristor 14 al dan niet een stroom gaat door middel 25 van een digitaal signaal vanuit de negatieve vergelijker 88, dat in de vertragingseenheid 140 met een periode X is vertraagd. Dit signaal wordt afgegeven aan de ene ingang van de EN-poort 142, waarvan de andere ingang via de lijn 144 vanuit de poortingsvolgordeëenheid 62 30 een signaal ontvangt, dat aangeeft of de hoofdthyristor 14 is gepoort naar haar aan-stand. De uitgang van de EN-poort 142 wordt over de lijn 146 afgegeven aan de ene ingang van de EN-poort 114 teneinde in hoofdzaak aan te geven wanneer de belastingsstroom door de hoofdthyris-35 tor 14 gaat.

Zoals eerder aangegeven, wordt volgens de uitvinding vastgesteld wanneer de faseverhouding tussen de spanningsgolfvorm in de omzetter en de golfvorm van de belastingsstroom zodanig zijn, dat de uit te schakelen «on s 1 55 - 12 - thyristor kan overgaan naar haar niet-geleidingstoestand door enkel het poortsignaal te verwijderen. Vanuit de belasting 40 gaat een belastingsstroom in negatieve richting naar het uitgangsknooppunt 26 en heeft ten 5 tijde tg een golfvorm 102 zoals in fig. 2 bij a is voorgesteld. De thyristor 16 is op dit tijdstip in haar ge-leidingstoestand doordat aan haar stuurelektrode het poortsignaal met de golfvorm 103 zoals in fig. 2 bij b is voorgesteld aanwezig is. De hulpcondensatoren 42 en 44 10 hebben een spanningsniveau -% E^n en een signaal, dat het spanningsniveau aanwijst, wordt door de vergelijkers 90 en 98 resp. afgegeven aan de EN-poort 116 en 112.

Het lijkt, dat ten tijde tQ - Έ? de momentele stroomwaarde nog steeds in de negatieve richting is en 15 derhalve de stroom nog steeds gaat door de stroomweg, die de diode 39 bevat, en niet door de hoofdthyristor 16, ook al is deze in de geleidingstoestand. De EN-poort 134 is geblokkeerd evenals de EN-poort 110, waardoor verhinderd wordt, dat een digitaal aanschakelsignaal de poort-20 stuurketen 51 kan bereiken zodat de commutatieketen niet zal worden bekrachtigd in dit bijzondere schakelpunt t^ zoals in fig. 2 bij d en e is weergegeven.

Volgens een bijzonder kenmerk van de uitvinding blijven de commutatiecondensatoren op een stabiel span-25 ningsniveau +½ Ein totdat zij nodig zijn voor commutatie. Indien op een schakelpunt zoals aangegeven door de scha-kelgolfvorm uit de golfvormgenerator 60 de geleidende thyristor een commutatiepuls nodig heeft om naar de niet-geleidingstoestand over te gaan, worden de hulpcon-30 densatoren op geschikte wijze opgeladen door een opbouw-puls alvorens het schakelpunt is bereikt zodat zij de vereiste commutatiepuls kunnen leveren. De toestand van de commutatiecondensatoren zal nu worden uiteengezet in één van de overgangen, die de bekrachtiging van de hulp-35 commutatieketen vereisen, op het tijdstip tg. Zoals in fig. 2 bij a is voorgesteld, is de stroom even voor het tijdstip tg positief, waarbij zij van het uitgangsknooppunt 26 naar de belasting 40 gaat, welke stroom gevoerd wordt door de stroomweg, die de thyristor 16 in haar 8003155 - 13 - geleidende toestand bevat. Het digitale signaal, dat de positieve stroom afgeeft en afkomstig is van de positiefvergelijker 84, en het poortingssignaal aan de thyristor 46 doen de EN-poort 134 vrijgeven, waarvan het uitgangs-5 signaal aldus wordt afgegeven aan de ene ingang van de EN-poort 110. Aan de andere ingang van de EN-poort 110 wordt het overgangssignaal van de poortingsvolgorde-eenheid 62 toegevoerd, waardoor zowel de EN-poort 110 wordt vrijgegeven als de poortstuurketen 51 (golfvorm 10 105 in fig. 2 bij d), wat tot gevolg heeft, dat de thyris tor 46 onmiddellijk wordt aangeschakeld. De commutatie-condensator 44, die aanvankelijk op het niveau +½ Ein was (golfvorm 118, fig. 2 bij g), zal nu ontladen over de geleidende thyristor 16 en de thyristor 46, waarbij 15 zij een teruglading verkrijgt tot een spanningsniveau -¾ E. . Evenzo zal de condensator 42, die eveneens aan- m vankelijk op het niveau +½ E^n was (golfvorm 107 in fig. 2 bij f) verder worden opgeladen tot het spanningsniveau +3/2 E^n, zodat op het tijdstip tg de condensa-20 toren voldoende energie hebben opgezameld voor het uitvoeren van een commutatie op de belastingsstroom, die door de hoofdthyristor 16 gaat. Tegelijkertijd wanneer de condensatoren 42 en 44 van hun stabiele spanningsniveau +½ E^n naar hun commutatieniveaus veranderen 25 zullen de digitale signalen uit de vergelijkers 90 en 98 veranderen. Op het tijdstip tg zijn de commutatieconden-satoren 42 en 44 op geschikte wijze opgeladen voor het uitvoeren van een commutatie en wordt door de monostabiele multivibrator 150, die een eigen periode heeft en een 30 uitgang aan haar achterflank afgeeft, een signaal leveren aan het aan-aansluitcontact van de poortstuurketen 52 teneinde de thyristor 48 te trekkeren naar haar geleidings-toestand. Een commutatiepuls 109 zoals in fig. 2 bij h voorgesteld gaat naar haar uitgangsknooppunt 26 en ver-35 vangt de stroom door de hoofdthyristor 16 naar de belasting 40. Daar het vrijgeefsignaal van de poortelektrode van de thyristor 16 is verwijderd door de poortvolgordeëenheid 62 zal de hoofdthyristor 16 overgaan naar haar niet-gelei-dingstoestand.

8003155 - 14 -

Een bijzonder kenmerk van de uitvinding is dat na de commutatie de hulpcondensatoren worden teruggebracht op hun stabiele spanningsniveaus +=^E^n zodat zij op geschikte wijze kunnen worden opgeladen vanuit deze 5 potentiaal juist voordat de volgende*vereiste commutatie op de bovenbeschreven wijze plaats vindt. Opgemerkt wordt, dat in samenhang met de zojuist beschreven op het tijdstip tg uitgevoerde commutatie in het geval, dat de thyristor 48 in haar geleidingstoestand zou blijven na-10 dat de hoofdthyristor 14 werd aangeschakeld, een stroomweg zou worden gevormd, waardoor de condensator 42 zou kunnen worden ontladen tot beneden haar stabiele niveau van +½ Ein· Bijgevolg wordt door de besturingsketen volgens de uitvinding de thyristor 48 in haar niet-gelei-15 dingstoestand gebracht op het stabiele potentiaalniveau teneinde te waarborgen, dat de condensator 42 niet zal ontladen tot beneden haar stabiele niveau. Wanneer het spanningsniveau over de condensatoren 42 en 44 een stabiele waarde van +½ E^n heeft bereikt op ongeveer het 20 tijdstip tg + zal de EN-poort 116 via de lijn 124 aan haar ene ingang een signaal ontvangen teneinde de thyristor 48 te schakelen naar haar niet-geleidingstoe-stand. Indien evenwel de condensator 42 niet is teruggekeerd naar haar stabiele niveau van +½ E^n, zal de ver-25 gelijker 90 dit niet aangeven en de EN-poort niet worden vrijgegeven voordat het spanningsniveau aan de condensator 42 haar stabiele waarde heeft bereikt. Bijgevolg zal wanneer de spanning over de condensator 42 haar stabiele niveau heeft bereikt, de EN-poort 116 worden vrijgegeven 30 en de poortstuurketen 42 pulsen afgeven teneinde de thyristor 48 in haar uit-stand te brengen.

Het zal duidelijk zijn, dat velerlei schakelings-patronen kunnen worden toegepast zonder buiten het kader van de uitvinding te treden en dat het aantal bekrach-35 tigingen, dat selectief is geëlimineerd, afhankelijk zal zijn van de nauwkeurige faseverhouding tussen de spanningen stroomgolfvormen. Het in fig. 2 door de golfvorm 100 voorgestelde schakelingspatroon is bijvoorbeeld een scha-kelingspatroon van 180° Hz, waarin er zes overgangen per 8003 1 55 - 15 - periode zijn. Indien in elke overgang een bekrachtiging van de commutatieketen zal optreden, zouden er twaalf commutatieafhankelijke pulsen in de omzetter optreden, t.w. zes opbouwpulsen en zes commutatiepulsen, die het 5 totale omzetterrendement reduceren. Voor de weergegeven schakelings- en stroomgolfvormen is het mogelijk acht van de twaalf pulsen te elimineren onder gebruikmaking van de maatregelen volgens de uitvinding. Doordat in fig. 2 de faseverhouding is aangegeven voor een vermo-10 gensfactor van nagenoeg een, zal het exacte aantal pulsen, dat per belastingsstroomperiode bespaard wordt, afhankelijk zijn van de vermogensfactor zoals bepaald door de belasting en het schakelingspatroon.

Het zal duidelijk zijn, dat de uitvinding geens-15 zins beperkt is tot het bovenbeschreven uitvoeringsvoorbeeld, doch dat velerlei gewijzigde uitvoeringsvormen mogelijk zijn zonder hierbij buiten het kader van de uitvinding te treden.

Conclusies.

800 3 155

Claims (7)

1. Omzetter met een paar ingangslijnen voor het ontvangen van elektrische energie vanuit een geleidstroom-bron teneinde deze om te zetten in elektrische wissel-stroomenergie, die wordt aangeboden aan een uitgangsknoop- 5 punt, met het kenmerk, dat zij bestaat uit hoofdschakelelementen, die reageren op een regelgolfvorm van het afwisselend verbinden van elke ingangslijn met het uitgangsknooppunt, welke schakelelementen niet om-schakelbaar zijn naar de niet-geleidingstoestand waarover 10 en meer hier doorheen een minimum stroom gaat, uit commu-tatieorganen voor het opzamelen van elektrische energie voor het leveren van een energiepuls aan het uitgangsknooppunt in antwoord op de regelgolfvorm, zodanig dat de schakelelementen kunnen omschakelen naar de niet-15 geleidingstoestand, en uit organen voor het blokkeren van de commutatieorganen in het geval, dat de half-geleiderschakelelementen zonder hulp kunnen omschakelen naar de niet-geleidingstoestand.

2. Omzetter volgens conclusie 1, m e t het 20 kenmerk, dat één van de ingangslijnen negatieve elektrische energie ontvangt, terwijl de andere ingangslijn positieve elektrische energie ontvangt, dat de schakelelementen bestaan uit een paar hoofdvermogensthy-ristoren, die elk geschakeld zijn tussen het uitgangs-25 knooppunt en één van de ingangslijnen, dat de regelgolfvorm voor het afwisselend verbinden van de negatieve en de positieve ingangslijn met het uitgangsknooppunt een tevoren gekozen golfvorm vanuit een golfvormgenerator is, en dat commutatieorganen een commutatieschakelorgaan 30 omvatten, dat kan worden vrijgegeven door de regelgolfvorm vanuit de golfvormgenerator.

3. Omzetter volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat zij verder een logische keten bevat, die een stroomdetectororgaan bevat voor het detecteren van de stroomrichting van de omzetter en voor het ver- 8003 1 55 - 17 - hinderen, dat de regelgolfvorm vanuit de golfvormgene-rator het commutatieschakelorgaan bedient in het geval, dat geen belastingsstroom door de hoofdschakelelementen gaat wanneer de hoofdschakelelementen worden omgeschakeld 5 naar de niet-geleidingstoestand in overeenstemming met de regelgolfvorm.

4. Omzetter volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de commutatieorganen bestaan uit een paar commutatiecondensatoren, die geschakeld zijn over 10 de ingangslijnen en waarvan de potentiaal wordt gehouden op een stabiel niveau gedurende de werking van de omzetter, dat het bij condensatoren wordt opgeladen tot een niveau, geschikt voor het commuteren van de hoofdschakelelementen indien dit nodig is juist vöör een commutatie-15 punt, en dat het paar condensatoren na het commutatiepunt worden terug gebracht op het stabiele spanningsniveau.

5. Omzetter volgens conclusie 1, m e t h et kenmerk, dat de commutatieorganen verder een paar éénrichtingsschakelelementen bevatten, die ruggelings 20 geschakeld zijn tussen het paar commutatiecondensatoren enerzijds en het uitgangsknooppunt anderzijds, en dat een vergelijkerorgaan aanwezig is voor het detecteren van de spanning over het paar commutatiecondensatoren en het doen uitschakelen van de éénrichtingsschakelelementen 25 aan het einde van de commutatieperiode zodat het paar commutatiecondensatoren worden teruggebracht naar een stabieler spanningsniveau.

6. Omzetter volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de commutatieorganen bestaan uit een 30 paar commutatiecondensatoren, waarbij een opbouwpuls hieraan energie doet opzamelen voor commutatie, en dat het paar commutatiecondensatoren wordt opgeladen in overeenstemming met de regelgolfvorm teneinde een commu-tatiepuls te verschaffen, waarmede de hoofdschakelele-35 menten kunnen omschakelen naar de niet-geleidingstoestand. Ann x 1 «5* - 18 -

7. Omzetter volgens conclusie 6, m e t het kenmerk, dat de commutatieorganen verder bestaan uit een paar commutatieschakelelementen, die geschakeld zijn tussen enerzijds het paar commutatiecondensatoren 5 en anderzijds het uitgangsknooppunt, dat een indien nodig uitgevoerde commutatie van de hoofdschakelelementen overeenkomstig de regelgolfvorm resulteert in het bekrachtigen van de commutatieschakelelementen juist vóór de commutatieperiode, waarbij een opbouwpuls wordt ver-10 schaft voor het opladen van het paar commutatiecondensatoren, en dat de andere van de commutatieschakelelementen wordt vrijgegeven in het commutatiepunt voor het verschaffen van een commutatiepuls, waarmede de hoofdschakelelementen kunnen omschakelen naar de niet-geleidingstoestand. 8003 1 55