DE2126111A1

DE2126111A1 - Schaltungsanordnung zur Herabsetzung des Bhndleistungsbedarfs einer unsymme trischen, halbgesteuerten Emphasen Gleich nchterbrucke

Info

Publication number: DE2126111A1
Application number: DE19712126111
Authority: DE
Inventors: Johannes Prof Dr Ing 1000 Berlin MP Forster
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-05-21
Filing date: 1971-05-21
Publication date: 1972-11-30
Also published as: JPS5537938Y2; JPS54168542U; SU576084A3

Description

Schaltungsanordnung zur Herabsetzung des Blindleistungsbedarms einer unsymmetrischen, halbgesteuerten Einphasen-Gleichrichterbrücke Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Herabsetzung des induktiven Blindleistungsbedarfs einer unsymmetrischen, halbgesteuerten Einphasen-Gleichrichterbrücke mit steuerbaren Stromrichterventilen und nichtsteuerbaren Stromrichterventilen in Brückenschaltung und einer in der Bruckendiagonalen befindlichen Sekundärwicklung des Speisetransformators.
Es ist bekannt, bei der Einphasen-Gleichrichterbrückenschaltung mit Hilfe der Halbsteuerung, die sowohl symmetrisch als auch unsymmetrisch ausgeführt werden kann, eine wesentliche Verminderung des induktiven Blindleistungsbedarfs der Einphasen-Gleichrichterbrücke zu erreichen. Eine derartige unsymmetrische, halbgesteuerte Einphasen-Gleichrichterbruckenschaltung ist in der Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Sie enthält in den Brückenzweigen die beiden nichtsteuerbaren Stromrichterventile 1, 2 und die beiden steuerbaren Strom richterventile 3, 4 und in der Brückendiagonalen die Sekundärwicklung des Speisetransformators 5. An den Eckpunkten A und B der Einphasen-Gleichrichterbrückenschaltung ist die Belastung, z.B. ein Gleichstrommotor 15, in Reihe mit einer Glättungsdrossel 16, die auch ein eil der Erregerwicklung eines Hauptstrommotors sein kann, angeschlossen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Grundwellen-Blindleistungsbedarf der Einphasen-Gleichrichterbrücke mit geringem Aufwand noch weiter herabzusenken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zu å jedem steuerbaren Stromrichterventil ein Löschkondensator vorgesehen ist, der in Reihe mit der Parallelschaltung eines Löschthyristors und einer in Reihe mit einem induktiven und/oder ohmschen Widerstand befindlichen-Aufladediode geschaltet ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist parallel zu jedem steuerbaren Stromrichterventil ein Löschthyristor geschaltet und in der beiden parallelgeschalteten Löschthyristoren gemeinsamen Verbindungslinie zur Einphasen-Gleichrichterbrücke ein itöschkondensator vorgesehen, der mit Hilfe der Streuinduktivität des Speisetransformators und/oder einer zusätzlichen Induktivität umladbar ist.
anhand der Figuren 2 bis 10, die Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung veranschaulichen, soll die Erfindung näher erläutert werden.
Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zur Zwangs löschung einer unsymmetrischen, halbgesteuerten Einphas en-Gl eichrichterbrücke.
Die Figuren 3 bis 5 zeigen Weiterbildungen der Schaltungsanordnung nach Fig. 2.
In Fig. 6 ist der angenommene Verlauf der gleichgerichteten Netzspannung in AbhängigJceit von der Zeit dargestellt.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen Schaltungsanordnungen nach Fig. 3 zur Erstaufladung des Löschkondensators 14.
Fig. 10 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung rrch Fig. 3 mit an Anzapfungen der Sekundärwicklung des Speisetransformators 5 angeschlossenen zusätzlichen steuerbaren Ventilen.
Die in Fig. 2 dargestellte unsymmetrische, halbgesteuerte Einphasen-Gleichrichterbrücke enthält parallel zu jedem der beiden steuerbaren Stromrichterventile 3, 4 eine erfindungsgemäße zwangslöscheinrichtung, die aus je einem Loschkondensator 6, 7, je einem Löschthyristor 8, 9 und der Reihenschaltung von je einer Aufladediode 12, 13 mit je einem induktiven und/oder je einem ohmschen Widerstand 10, 11 besteht. Bevor die steuerbaren Stromrichterventile 3, 4 gezündet werden, laden sich die beiden Löschkondensatoren 6, 7 über die nichtsteuerbaren Stromrichterventile 1, 2 und die Aufladedioden 12, 13 mit durch die induktiven und/oder ohmschen Widerstände 10, 11 begrenzten Ladeströmen auf. Werden nun die steuerbaren Stromrichterventile 3, 4 gezündet, so kann ihre Stromflußdauer dadurch verkürzt werden, daß die Löschthyristoren 8, 9 gezündet werden. Durch diese Zwangs löschung der steuerbaren Stromrichterventile 3, 4 vor dem natürlichen Stromnulldurchgang -wird erreicht, daß der Grundschwingungsanteil des Stromes in Phase mit der Spannung gebracht wird, sodaß der störende Grundwellen-Blindleistungsbedarf der Einphasen-Gleichrichterbrücke stark reduziert wird. Es ist sogar möglich, eine Voreilung des Stromes gegenüber der Spannung zu erzielen. d. h.
eine kapazitive Belastung des speisenden Netzes zu erreichen.
Nach der Zwangs löschung der steuerbaren Stromrichterventile 3, 4 fließt der Strom im Gleichstromverbraucher, beispielsweise dem Gleichstrommotor 15 mit in Reihe geschalteter Glättungsdrossel 16 im Freilauf über die nichtsteuerbaren Stromrichterventile 1, 2 weiter. Die in den Streureaktanzen des Transformators 5 gespeicherte magnetische Energie muß vom jeweiligen Löschkondensator 6 bzw. 7 aufgenommen werden, was zu einer Umladung des jeweiligen Löschkondensators 6 bzw. 7 führt. Bei der Neuzündung der steuerbaren Stromrichterventile 3 bzw. 4 schwingt der entsprechende Löschkondensator 6 bzw. 7 über eine der Aufladedioden 12 bzw. 13 und den induktiven Widerstand 10 bzw. 11 zurück in einen solchen Ladezustand, daß wieder die Voraussetzungen für eine Zwangslöschung gegeben sind.
Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung des Löscwhkondensators 14 setzt den schaltungsgemäßen Aufwand gegenüber der Anordnung nach Fig. 2 dadurch wesentlich herab, daß das Umschwingen des Löschkondensators 14 jeweils mit einer Zwangslöschung verbunden ist, Aus diesem Grunde wird nur noch ein Kondensator benötigt, der anfangs über eins der nichtsteuerbaren Stromrichterventile, z.B. das Ventil 1 über die Belastung 15 und 16 und einen der Löschthyristoren, z. B. dem Löschthyristor 9 aufgeladen werden kann. Dieser angenommene Aufladestromkreis ist in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet, wobei die Polarität des Löschkondensators 14 infolge dieses Aufladestromkreises angedeutet ist. Beginn und Reihenfolge der Zündung der steuerbaren Stromrichterventile 3 bzw. 4 muß nun so erfolgen, daß eine Zwangslöschung möglich ist, d. h. im angenommenen Beispiel muß das steuerbare Stromrichterventil 3 durch Zündung zuerst leitend gemacht werden. Es kann dann anschließend mit dem Löschthyristor 8 zum Löschen gebracht werden. Mit Hilfe der Streuinduktivität des Speisetransformators 5 und der ggf. hinzugefügten zusätzlichen Induktivität 18 ist es dann möglich, den Löschkondensator 14 umzuladen, so daß ohne zusätzliche Hilfsmittel ein periodischer Zünd-und Löschbetrieb der steuerbaren Stromrichterventile 3, 4 erreicht wird. In Abwandlung der in Fig. 3 gezeigten Schaltungsanordnung sind in den Fig. 4 und 5 die Löschthyristoren 8 und 9 nicht in gleicher, sondern in entgegengesetzter Durchlaßrichtung zu den steuerbaren Stromrichterventilen 3 und 4 geschaltet. Der Unterschied in der Betriebsweise besteht darin, daß die Löschung der jeweils stromführenden steuerbaren Stromrichterventile nicht durch Gegenstrom, sondern durch Stromableitung erfolgen kann, wenn die Löschthyristoren antiparallel zu den steuerbaren Stromrichterventilen geschaltet werden und der Löschkondensator sich wie bisher in der Brückendiagonale befindet. In diesen Schaltungen erfolgt der Ablösebetrieb über Kreuz, d. h. das untere steuerbare Stromrichterventil wird von dem oberen Löschthyristor und das obere steuerbare Stromrichterventil von dem unteren Löschthyristor abgelöst. Der Vorteil dieser Schaltung besteht darin, daß mit völlig konventionellen Steuergeräten für die Zündung der steuerbarenStromrichterventile 3, 4 gearbeitet werden kann.
Ferner tritt an dem Verbraucher 15 im Falle einer Löschung bzw. Ableitung des Stromes keine f)berspannung auf, wie das im Falle des Gegenstrom-Verfahrens der Fall ist. Um die im Falle der Löschung auftretende uberspannungsspitze auf der Primärseite des Speisetransformators 5 niedrig zu halten, ist es möglich, den Löschkondensator 14 an eine Anzapfung der Sekundärseite des Speisetransformators 5 zu schalten, wie das in Fig. 5 dargestellt ist. Damit wird erreicht, dass der Kondensatoraufwand gering gehalten werden kann und dass die Kommutierung von den steuerbaren Stromrichterventilen 3, 4 auf die Löschthyristoren 8, 9 mit begrenzter Stromsteilheit erfolgt.
In Fig. 6 ist dargestellt, dass mit einer solchen Schaltung jede beliebige Gleichspannungsvariatiön vorgenommen werden kann. In dem angenommenen Verlauf der gleichgerichteten Netzes spannung werden die steuerbaren Stromrichterventile zum Zeitpunkt t0 bzw. mit dem SteuerwinkeloC = o gezündet. Zum Zeitpunkt t1 wird der korrespondierende Löschthyristor gezündet.
Zum Zeitpunkt t2 erfolgt eine nochmalige Zündung des steuerbaren Stromrichterventils. In der nachfolgenden Halbwelle wiederholt sich der gleiche Vorgang mit dem zweiten Ventilpaar. Die durch Schraffur gekennzeichneten Spannungszeitflächen F1 und B2 können unterschiedlich gross sein, so dass der resultierende Wechselstrom voreilend, d.h. kapazitiv sein kann. Es ist auch möglich, eine noch grössere Zahl von Spannungswechseln während einer Halbperiode vorzunehmen.
Nach einer Schaltungsanordnung nach Fig. 4 bzw. Fig. 5 ist die Erstaufladung des Löschkondensators 14 völlig problemlos, da diese periodisch auch ohne Zündung der steuerbaren Stromrichterventile 3, 4 erfolgen kann. Die Dimensionierung des Löschkondensators 14 muss dabei so erfolgen, dass lediglich die magnetische Energie in der Streuinduktivität des Wechselstromkreises ohne Überspannungen aufgenommen werden kann. Die Bemessung des Kondensators ergibt sich aus der Beziehung In dieser Gleichung bedeutet X die in Fig. 4 eingezeichnete resultierende Streuinduktivität 18.
Die Erstaufladung des Löschkondensators 14 kann in der beschriebenen Schaltung nach Fig. 3 über den Verbraucher 15, -l6 zu undefinierten Ladezuständen des Löschkondensators 14 bzw.
bei einer grossen Zeitkonstanten infolge der Dimensionierung der Schaltung zu einer zu grossen Wartezeit führen.
In Fig. 7 ist daher eine Schaltungsanordnung zur Erstaufladung des Löschkondensators 14 dargestellt, in der ein Aufladewiderstand 17 parallel zu einem der nichtsteuerbaren Stromrichterventile 1, 2, im Beispiel parallel zum nichtsteuerbaren Stromrichterventil 1, geschaltet ist, so dass eine Reihenschaltung des Aufladewiderstandes 17, der Sekundärwicklung des Speisetransformators 5, des Löschkondensators 14 und eines Löschthyristors, im gewählten Beispiel des Löschthyristors 8, vorliegt, die zu der in der Schaltung angedeuteten Polarität des Löschkondensators 14 führt. Die Kodensatorerstanfladung kann dann auch erfolgen, wenn beispielsweise der Verbraucher abgeschaltet ist.
In Fig. 8 ist eine Schaltungsanordnung zur Erstaufladung des Löschkondensators 14 dargestellt, in der ein Ladewiderstand 19 parallel zu einem der Löschthyristoren 8, 9 gelegt ist. Damit ist eine Kondensatorerstaufladung über eines der nichtsteuerbaren Stromrichterventile 1, 2 möglich, so lange sämtliche steuerbaren Stromrichterventile 3, 4 und die Löschthyristoren 8, 9 gesperrt sind.
In Fig. 9 ist eine Schaltungsanordnung zur Kondensatorerstaufladung dargestellt, die zu besonders definierten Verhältnissen der Anfangsaufladung führt. Ein getrennter Ladethyristor 21 ist in Reihe mit einem als Dämpfungswiderstand wirkenden induktiven und/oder ohmschen Widerstand 20 geschaltet, wobei eine Reihenschaltung von Speisetransformator 5, Löschkondensator 14, Dämpfungswiderstand 20 und Ladethyristor 21 entsteht, die zur Aufladung des Löschkondensators 14 führt. Nach dem Einsetzen des periodischen Betriebes der Einphasen-Gleichrichterbrücke und der Zwangslöscheinrichtung kann der Ladethyristor 21 gesperrt oder zum Nachladen des Löschkondensators 14 eingesetzt werden.
In Fig. 10 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, bei der die Sekundärseite des Speisetransformators 5 mit Wicklungsanzapfungen versehen ist, an die zusätzliche steuerbare Ventile, beispielsweise die in der Figur dargestellten steuerbaren Ventile 22 bis 25, angeschlossen werden können. Die erfindungsgemässe Herabsetzung des induktiven Blindleistung5-bedarfs durch die Zwangslöscheinrichtung ist dann ohne schaltungstechnischen Mehraufwand auch - für diese verschachtelte Einphasen-Gleichrichter-Folgebrücke wirksam. Der Vorteil, den diese Verschachtelung der Brückenzweige bringt, besteht in erster Linie in der Einsparung vön nichtsteuerbaren Stromrichterventilen und Speisetransformatoren und in der Möglichkeit, die nichtsteuerbaren Stromrichterventile in ihrer Sperrfähigkeit höher ausnutzen zu können.
Der schaltungsmässige Mehraufwand, der durch die beschriebenen Massnahmen zur Herabsetzung des induktiven Blindleistungsbedarfs einer Einphasen-Gleichrichterbrücke bedingt ist, wird grösstenteils bereits durch die Verkleinerung des Speisetransformators 5 ausgeglichen, da dieser eine erheblich geringere Scheinleistung zu übertragen hat.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemässen Schaltung ist darin zu sehen, dass das speisende Wechselstromnetz durch die Herabsetzung des Blindleistungsbedarfs der Einphasen-Gleichrichterbrücke entlastet wird und dass im Bedarfsfalle sogar eine kapazitive Belastung eines vorwiegend induktiv belasteten speisenden Netzes erzielt werden kann.
10 Seiten Beschreibung 9 Patentansprüche ; Blatt Zeichnungen mit 10 Figuren

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. )Schaltungsanordnung zur Herabsetzung des induktiven Blindleistungsbedarfs einer unsymmetrischen, halbgesteuerten Einphasen-Gleichrichterbrücke mit steuerbaren Stromrichterventilen und nichtsteuerbaren Stromrichterventilen in Brückenschaltung und einer in der Brückendiagonalen be-Endlichen Sekundärwicklung des Speisetransformators, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu jedem steuerbaren Stromrichterventil (3, 4) ein Löschkondensator (6 bzw. 7) vorgesehen ist, der in Reihe mit der Parallelschaltung eines Löschthyristors (8 bzw 9) und einer in Reihe mit einem induktiven und/oder ohmschen Widerstand (10 bzw.

11) befindlichen Aufladediode (12 bzw. 13) geschaltet ist.
2. Schaltungsanordnung zur Herabsetzung des induktiven Blindleistungsbedarfs einer unsymmetrischen, halbgesteuerten Sinpha:ien-Gleichrichterbrücke mit steuerbaren Stromrichtervent;ilen und nichtsteuerbaren Stromrichterventilen in Brückenfichaltung und einer in der Brückendiagonalen bebefindlichen Sekundarwicklung) dCf Speisetransformators, (i,ldurch gekennzeichnet, daß parallel zu jedem steuerbaren Stromrichterventil (3, 4) ein Löschthyristor (8 bzw. 9) geschaltet ist nnd daß in der beiden parallelgeschalteten Löschthyristoren (8, 9) gemeinsamen Verbindungslinie zur Einphasen-Gleichrichterbrücke ein Löschkondensator (14) vorgesehen ist, der mit Hilfe der Streuinduktivität des Speisetransformators (5) und/oder einer zusätzlichen Induktivität (18) umladbar ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zu den steuerbaren Stromrichterventilen (3, 4) befindlichen Löschthyristoren (8, 9) in entgegengesetzter Durchlaßrichtung zu den steuerbaren Stromrichterventilen (3, 4) geschaltet sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Löschkondensator (14) an einer Anzapfung der Sekundärwicklung des Speisetransformators (5) und an der Verbindung zwischen beiden Löschthyristoren (8, 9) geschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstaufladung des Löschkondensators (14) über den Verbraucher (15, 16) und einen der beiden Löschthyristoren (8 bzw. 9) erfolgt.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstaufladung des Löschkondensators (14) über einen der beiden Löschthyristoren (8 bzw. 9) und einen parallel zu einem der nicht steuerbaren Stromrichterventile (1 bzw. 2) befindlichen ohmschen Widerstand (17) erfolgt.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstaufladung des Löschkondensators (14) über einen parallel zu einem Löschthyristor (8 bzw. 9) geschalteten ohmschen Widerstand (19) erfolgt.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstaufladung des Löschkondensators (14) über die Reihenschaltung eines steuerbaren Ventils (21) mit einem induktiven und/oder ohmschen Widerstand (20) erfolgt, die mit der Sekundärwicklung des Speisetransformators (5) und dem Löschkondensator (14) einen geschlossenen Stromkreis lauf bilden.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Sekundärwicklung des Speisetransformators (5) Anzapfungen vorgesehen sind, an denen zusätzliche steuerbare Ventilzweige anschließbar sind.

L e e r s e i t e