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Es sei angenommen, daß bei einer beliebigen Phasenlage der dreiphasigen
Netzspannung die Brückenventile 18 und 22 stromführend sind und daß in Phasenabständen
von 600 el. das Brückenventil 22 auf das Brückenventil 20, anschließend das Brückenventil
18 auf das Brückenventil 19 und so weiter kommutiert. Jeder Kommutierungsvorgang
des Brückenstroms, beispielsweise von dem Brückenventil 22 auf das Brückenventil
20, wird eingeleitet, indem zunächst das Hilfsventil26 gezündet wird. Wird die Spannung
uc des Kommutierungskondensators 24 so gewählt, daß im Zündzeitpunkt das um die
Spannung uc (durchgehend gezeichneter Pfeil) erhöhte Anodenpotential des Hilfsventils
26 größer ist als das Anodenpotential des Brückenventils 22, so kommutiert der Laststrom
iL von dem Brückenventil 22 auf das Hilfsventil 26. Gleichzeitig mit der Zündung
des Hilfsventils 26 entlädt sich der Kommutierungskondensator 24 über das Hilfsventil
26, das Brückenventil 22, die Sekundärwicklung 16 und die Begrenzungsdrossel 23,
wobei der Entladestrom das Brükkenventil 22 in Gegenrichtung, d. h. von der Kathode
zur Anode durchfließt und damit das Brückenventil 22 löscht. Nach diesem verhältnismäßig
schnellen und lediglich von der Drossel 23 sowie der Wicklung 16 gedämpften Entladevorgang
wird der Kommutierungskondensator 24 durch den über das Hilfsventil
26
fließenden Laststrom L in entgegengesetzter Polarität aufgeladen (gestrichelt eingezeichneter
Pfeil). Der Kommutierangskondensator 24 ist damit spannungsrichtig für den nächsten
Kommutierungsvorgang von dem Brückenventil 18 auf das Brückenventil 19 aufgeladen.
Die Umladung des Kommutierungskondensators 24 erfolgt so lange, bis das Brükkenventil
20 in einem konstanten Phasenabstand zum Hilfsventil 26 gezündet wird. Der Phasenabstand,
der entsprechend der dabei erfolgenden Umladung des Kommutierungskondensators 24
als Umladewinkel d bezeichnet werden soll, wird so gewählt, daß das Anodenpotential
des Brückenventils 22 im Zündzeitpunkt größer als das Anodenpotential des Hilfsventils
26 ist. Der Ladestrom kommutiert daher von dem Hilfsventil 26 auf das Brückenventil
20, womit der Kommutierungsvorgang beendet ist.
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Es hat sich jedoch gezeigt (Forschungsbericht »Blindlaststromrichter«
von I. Harnisch, 1967, Bibliothek der Technischen Universität Berlin), daß der Betrieb
des bekannten Stromrichters mit konstantem Umladewinkel a zu technisch unbefriedigenden
Ergebnissen führt. Da ein konstanter Umladewinkel d die Aufladung des Kommutierungskondensators
24 zeitlich begrenzt, ist der Scheitelwert der Ladespannung uc des Kommutierungskondensators
direkt proportional der Größe des ladenden Laststroms iL. Der Laststrom ij wiederum
kann in weiten Grenzen schwanken, so daß die Ladespannung uc des Kommutierungskondensators
24 bei kleiner Belastung des Stromrichters sehr kleine Scheitelwerte besitzt, während
bei großer Stromrichterbelastung Überspannungen am Kommutierungskondensator auftreten.
Als Folge einer Unterspannung des Kondensators wird das Anodenpotential des Hilfsventils
26 im Zündzeitpunkt nicht über das Anodenpotential des abzulösenden Brückenventils
22 gehoben, so daß die Kommutierung des Laststroms von dem Brückenventil 22 auf
das Hilfsventil 26 ausbleibt und eine kurzschlußartige Durchzündung erfolgt. Bei
Überspannungen des Kommutierungskondensators besteht die Gefahr, daß die zulässige
Sperrspannung aller Ventile überschritten wird, was z. B. bei Verwendung von Thyristoren
als Ventile zu deren Zerstörung führen würde.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Steuerverfahren für
den bekannten Stromrichter anzugeben, das einen Betrieb bei allen auftretenden Belastungsfällen
ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Umladewinkel
in Abhängigkeit von dem Laststrom derart verändert wird, daß die Ladespannung des
Kommutierangskondensators einen wählbar konstanten Scheitelwert besitzt.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Istwert
der Ladespannung gemessen und mit einem einstellbaren Sollwert verglichen wird,
derart, daß bei Koinzidenz zwischen beiden Werten ein Signal zur Beaufschlagung
des zu kommutierenden Brückenventils mit einem Hauptzündimpuls abgeleitet wird.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß den Brückenventilen je
ein zusätzlicher Hilfszündimpuls zugeführt wird, der gegenüber dem zugehörigen Hauptzündimpuls
einen nacheilenden, konstanten Umladewinkel max besitzt und bei Ausbleiben des Hauptzündimpuls
das zugehörige Brückenventil durchsteuert.
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In bevorzugter Weise ist der Wert des konstanten Umladewinkels kleiner
als 600 el.
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In vorteilhafter Weise erfolgt die Zündung der den jeweiligen Brückenhälften
zugeordneten Hilfsventile in konstanten Phasenabständen zu den Nulldurchgängen der
Phasenspannungen des Netztransformators.
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EineAnordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
eründungsgcmäß darin, daß für je eine Brückenhälfte eine Vergleichseinrichtung vorgesehen
ist, deren erster Eingang von einem einstellbaren Referenzwertgeber beaufschlagt
ist, deren zweiter Eingang mit den Klemmen des Kommutierungskondensators und dessen
Ausgang mit einem Gittersteuersatz der betreffenden Brückenhälfte verbunden ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird vorgeschlagen, daß für die Hilfsventile je ein sechspulsiger Gittersteuersatz
vorgesehen ist, dessen drei erste Ausgänge parallel mit der Steuerelektrode des
zugehörigen Hilfsventils verbunden sind und dessen drei zweite Ausgänge je mit einem
Steuereingang des Gittersteuersatzes der zugehörigen Brückenhälfte zur Beaufschlagung
desselben mit Hilfszündimpulsen verbunden sind.
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Durch die erfindungsgemäßeVeränderung des Umladewinkels d erfolgt
die Zündung des zu kommutierenden Brückenventils (z. B. des Brückenventils 20 gemäß
dem obigen Beispiel) stets dann, wenn der Kommutierungskondensator auf einen Referenzwert
URel auf geladen ist. Dadurch werden in Fällen einer hohen Belastung des Stromrichters
Kondensatorüberspannungen vermieden.
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Die Erfindung wird mit ihren weiteren Einzelheiten und Vorteilen
an Hand des in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert;
es zeigt F i g. 1 ein Schaltbild eines Stromrichters nach der deutschen Patentschrift
663 388, F i g. 2 ein Schaltbild einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, F i g. 3 a ein Zeitdiagramm des Spannungsverlaufs der dreiphasigen Speisewechselspannung
und der Ladespannung und F i g. 3b ein Zeitdiagramm der Stromrichtergleichspannung.
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Die Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens (F
i g. 2) ist in ihrem Starkstromteil bis auf die fehlende Drossel 23 identisch mit
der in Fig. 1 dargestellten Anordnung nach der deutschen Patentschrift 663 388.
Die in Fig. 1 vorgesehene Drossel 23 verlängert die erwünschte, rasche Kommutierung
zwischen Brücken- und Hilfsventilen, so daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung
nach Fig. 2 auf die Drossel 23 verzichtet wurde.
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Die Brückenventilel7, 18,19 bzw. 20, 21, 22 jeder Brückenhälfte werden
an ihren Steuerelektroden in periodischer Folge mit den Hauptzündimpulsfolgen je
eines Gittersteuersatzes 27 bzw. 28 beaufschlagt. Die Gittersteuersätze 27, 28 können
herkömiliche Impuls generatoren enthalten, deren Ausgangsimpulse je einem Ringzähler
zugeleitet werden, der die Impulse periodisch auf die Steuerelektroden der betreffenden
Brückenventile verteilt. Die Lmpulsfolgefrequenz der Hauptzündimpulsfolgen entspricht
dabei der dreifachen Netzfrequenz der Speisespannung,
wobei die
Phasenlge der beiden Hauptzündimpulsfolgen um die halbe Schwingungsdauer verschoben
ist.
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Den Gittersteuersätzen 27, 28 werden Ein- und Ausschaltsignale von
je einer Vergleichseinrichtung 29, 30 zugeführt, die beispielsweise als Differenzverstärker
ausgebildet sein kann. Die Klemmen des ersten Eingangs a jeder Vergleichseinrichtung
29 bzw.
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30 sind mit den Anschlüssen des Kommutierungskondensators 24 verbunden,
während die Klemmen des zweiten Eingangs b jeder Vergleichs einrichtung mit einem
Referenzwertgeber verbunden sind, beispielsweise einer Gleichspannungsquelle 31
bzw. 32, deren Ausgangsspannung durch einen regelbaren Widerstand 33 bzw. 34 verstellt
werden kann.
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Für die Steuerung der Hilfsventile 25, 26 ist je ein Gittersteuersatz
35 bzw. 36 vorgesehen, beispielsweise ein herkömmlicher sechspulsiger Gittersteuersatz,
dessen drei erste Ausgänge über nicht dargestellte Diodengatter parallel geschaltet
und mit der Steuerelektrode des betreffenden Hilfsventils 25 und 26 verbunden sind,
während die restlichen drei Ausgänge je an einem Steuereingang des zugehörigen Gittersteuersatzes
27 bzw. 28 angeschlossen sind. Die letztgenannte Maßnahme dient einmal zur Synchronisation
der Ringzähler in den Gittersteuersätzen 27, 28 und zum anderen zur Doppelzündimpulsbildung,
um, wie noch erläutert wird, die Durchzündungsgefahr bei Schwachlast zu beseitigen.
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Die Funktionsweise des Steuerteils des in Fig. 2 dargestellten Stromrichters
soll nachstehend erläutert werden.
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In der Vergleichseinrichtung 29 bzw. 30 wird die an den Klemmen des
Kondensators 24 abgegriffene momentane Ladespannung UC mit einer von dem Re ferenzwertgeber
31/33 bzw. 32/34 vorgegebenen posiviten bzw. negativen Referenzspannung URef verglichen.
Wenn die momentane Ladespannung UC den betreffenden negativen bzw. positiven Referenzwert
URef erreicht hat, entsteht am Ausgang der betreffenden Vergleichseinrichtung 29
bzw. 30 ein Signal bestimmter Amplitude (beispielsweise der Amplitude Null), auf
welches der nachgeschaltete Gittersteuersatz 27 bzw. 28 anspricht und an die Steuerelektrode
des zu kommutierenden Brückenventils einen Hauptzündimpuls abgibt. Die Zündung des
zu kommutierenden Brückenventils erfolgt bei Starklast somit stets in dem Zeitpunkt,
wenn die Ladespannung UC den Referenzspannungswert URef besitzt. Der Umladewinkel
8, welcher der Zeitspanne zwischen dem Zünden des Hilfsventils 25 bzw. 26 und dem
zu kommutierenden Brückenventils entspricht, ist dann dem
Laststrom iL proportional.
Bei Entlastung bzw.
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Schwachlast des Wechselrichters kann der Fall eintreten, daß der Wert
des Laststroms so gering ist, daß der Kommutierungskondensator nicht mehr auf den
eingestellten Referenzwert aufgeladen wird. Ohne besondere Vorkehrungen würden die
Gittersteuersätze 27, 28 zur Erzeugung von Hauptzündimpulsen nicht mehr in der Lage
sein, so daß Durchzündungen der Hauptventile unvermeidlich wären. Um dieser Gefahr
zu begegnen, werden, wie oben bereits erwähnt wurde, jeweils drei Zündimpulse der
Gittersteuersätze 35, 36 den Steuereingängen der betreffenden Gittersteuersätze
27, 28 zugeführt, und zwar in der Weise, daß die Zündimpulse der Gittersteuersätze
35, 36 um einen zeitlich konstanten Umladewinkel gimaX nach Erzeugung der zugehörigen
Hauptzündimpulse den Ausgängen der Gittersteuersätze 27, 28 als Hilfszündimpulse
zugeleitet werden. Durch diese Doppelzündimpulsbildung für die Brückenventile wird
sichergestellt, daß auch bei Ausbleiben der Hauptzündimpulse die Brückenventile
vor dem selbständigen Durchzünden durchgesteuert werden, so daß sich ein Minimallaststrom
einstellen kann.
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In F i g. 3 a ist der zeitliche Verlauf der Ladespannung uc zusammen
mit dem Verlauf der Phasenspannungen UR, Us, ur der Netzspannung dargestellt.
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Zum Zeitpunkt t0 wird das der positiven Phasenspannung UR zugeordnete
Brückenventil (beispielsweise das Brückenventil 20) durch das der betreffenden Brückenhälfte
entsprechende Hilfsventil (beispielsweise das Hilfsventil 26) abgelöst. Der auf
den positiven Scheitelwert + Uc aufgeladene Kommutierungskondensator 24 entlädt
sich und wird anschließend auf den negativen Scheitelwert - Uc (Zeitpunkt t2) umgeladen,
so daß sich der Umladewinkel a aus der Zeitdifferenz to bis t0 ergibt. Bei Erreichen
des Scheitelwerts - Uc wird das der positiven Phasenspannung US zugeordnete Brückenventil
(beispielsweise das Brückenventil22) gezündet, wodurch der Laststrom iL von dem
Hilfsventil 26 auf das Brückenventil 22 kommutiert.
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Der zeitliche Verlauf der an den Gleichstromklemmen der Stromrichterbrücke
anstehenden Gleichspanung ud ist in F i g. 3 b dargestellt. Man erkennt, daß die
Gleichspanung ccd zum Zeitpunkt t0 auf den Scheitelwert Uc der Ladespannung springt
und sich in gleicher Weise wie diese während der dem Umladewinkel d entsprechenden
Zeitdifferenz ändert.
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Zwischen je zwei Umladeperioden verläuft die Gleichspannungud sinusförmig,
wobei sie die Zeitachse im natürlichen Kommutierungszeitpunkt schneidet.