DE1438471B2 - Steuerungsverfahren fuer eine zweiphasige stromrichterbrueckenschaltung - Google Patents

Description

einerseits, 2 und 2' andererseits, gemeinsam gesteuert. Es sei der Zündverzögerungswinkel von 1 und Γ mit K₁, derjenige von 2 und 2' mit oc₂ bezeichnet. Es wird beispielsweise zunächst die Ventilgruppe 2, 2' voll offen gefahren und die Ventilgruppe 1, Γ mit zunehmender Zündverzögerung Oc₁ betrieben. Dieser Betriebszustand entspricht dem Gleichrichterbetrieb. In F i g. 2 sind die Stromflußdauern der Ventilströme (Linienzüge III), die resultierende abgegebene Spannung (Kurvenbilder II) und der Stromfluß der Phasenströme (Kurvenbilder I) angedeutet. Die Spannungskurvenform gleicht den Verhältnissen mit Nullanode. Überraschend ist jedoch, daß man trotz unsymmetrischer Steuerung ohne zusätzliche Hilfsmittel eine symmetrische Belastung auf der Primärseite erhält. In den Kurvenbildern IV der F i g. 2 ist die auf der positiven Ventilseite (1, 2 in F i g. 1) angesteuerte Spannung ausgezogen, die auf der negativen Ventilseite (1', 2' in F i g. 1) angesteuerte Spannung gestrichelt gezeichnet. Mit Ip₁ und I_P2 ist der Verlauf des Transformatorstromes bezeichnet. F i g. 2 a zeigt die Verhältnisse bei Ot₁ = 45°, Oc₂ = 0° und F i g. 2b bei K₁ = 150°, Oc₂ = 0°. Läßt man nun beispielsweise K₁ bei einem Wert von 150° stehen und läßt K₂ von 0 bis beispielsweise 150° anwachsen, so wird eine negative Gleichspannung angesteuert (Wechselrichterbetrieb), und die Stromflußdauer nimmt proportional mit der übertragenen Leistung wiederum zu. F i g. 2c zeigt diese Verhältnisse bei OC₁ = 150°, K₂ = 120°.

Wenn man lückenlosen Gleichstrom und vollkommene Glättung voraussetzt (die Belastung besteht aus der Glättungsdrossel Zl und dem Anker des Gleichstrommotors E), ferner die Überlappung während der Kommutierung vernachlässigt, so ergibt sich folgendes:

Der Transformatorstrom (auf der Primärseite resultierend wirksam It) ist jeweils die Differenz der Ströme der beiden Ventile, die an die gleiche Phase angeschlossen sind. Mit den Bezeichnungen von F i g. 1 ist

Zp₁ = I₁ — I₁ und

Ip₂ = /2 I₂ .

Daraus ergibt sich, daß während einer Zeitspanne vom Betrage (Oc₁ — oc₂) die Ventilströme I₂ und I₂ überlappen, also die Transformatorwicklung stromlos ist. F i g. 3 oben gibt nochmals schematisch die Stromfiußdauern der Ventile unter der Annahme an, daß zuerst 1 und Γ zurückgesteuert werden (Gleichrichterbetrieb »GR«). Das stromlose Intervall ist hier wegen Oc₂ = 0 gleich K₁. Dann werden auch 2 und 2' zurückgesteuert, wie aus F i g. 3 unten ersichtlich, so daß die Spannung gegen Null und in den Wechselrichterbetrieb »WR« geht.

Man erhält mit diesem einfachen Verfahren nicht nur gleiche Spannungskurvenform wie bei der Verwendung von Nullanoden, sondern ohne Ventilmehraufwand die gleiche Verminderung an primärer Schein- und Blindleistung bei Herabsteuerung des Gleichrichters. Es werden lediglich zwei Steuergeräte benötigt, die in einer bestimmten Abhängigkeit nacheinander durchgesteuert werden müssen. Außerdem kann die auf der Gleichstromseite befindliche Glättungsdrossel kleiner gehalten werden, da sie jetzt nicht mehr Blindleistung in das speisende Wechselstromnetz zurückzuliefern braucht.

Bei der symmetrisch gesteuerten zweiphasigen Stromrichterbrückenschaltung erhalten zwei in Reihe liegende Ventile den Impuls gleichzeitig. Deshalb ist dort der von den dreiphasigen Brückenschaltungen her bekannte Doppelimpuls nicht notwendig. Bei den dreiphasigen Schaltungen ist er bekanntlich erforderlich, um bei beliebiger Spannung aus dem stromlosen Zustand anfahren zu können. Bei der erfindungsgemäßen unsymmetrisch gesteuerten zweiphasigen Stromrichterbrückenschaltung ist die Gleichzeitigkeit der Impulse, im Gegensatz zur symmetrisch gesteuerten zweiphasigen Stromrichteibrückenschaltung, jedoch nicht mehr gegeben. Deshalb sind hier, ähnlich wie bei

ίο der Dreiphasen-Brückenschaltung, Doppelimpulse erforderlich. Daher werden diejenigen Ventile, welche mit dem kleineren »-Wert, d. h. kleinerer Verzögerung, gezündet werden, mit einem zweiten Impuls beaufschlagt. Dieser wird gleichzeitig mit dem späteren Impuls der mit dem größeren α-Wert betriebenen, d. h. weiter zurückgesteuerten Ventilgruppe gegeben.

Es ist erwünscht, daß alle Ventile im Mittel gleiche Ventilbrenndauer haben. Das ist nicht ohne weiteres gegeben, da die Ventilgruppe mit der kleineren Zündverzögerung die größere Brenndauer aufweist. Deshalb wird zweckmäßig bei periodischem Betrieb bei Beginn jeder Periode oder bei Einstromrichterschaltungen jeweils beim Übergang vom Gleichrichter- zum Wechselrichterbetrieb die Zuordnung der Gruppen (1, Γ oder 2, 2') zu dem zuerst zurückgesteuerten (»vorgesteuerten«) oder dem im Wechselrichterbetrieb zurückgesteuerten (»nachgesteuerten«) Impuls vertauscht. Hierzu werden beide Steuersätze so ausgeführt, daß sie potentialgetrennte Doppelimpulse zu liefern vermögen, die durch einen zusätzlichen Eingriff weggenommen werden können. Letzteres kann bei einem Transistorsteuersatz beispielsweise dadurch geschehen, daß zwei Endstufen vorgesehen werden und der wegzuschaltenden Stufe durch einen Schalttransistor die Betriebsspannung weggenommen wird. Bei magnetischen Steuersätzen kann man in bekannter Weise die Impulse über eine Ventilschaltung kurzschließen oder die Steuerspannung, vorzugsweise durch kontaktlose Schaltmittel, wegnehmen.

Die richtige Folge der Aussteuerung der beiden Steuergeräte kann beispielsweise in folgender Weise vorgenommen werden. In F i g. 4a ist ausgezogen die lineare Kennlinie U₂ = /(.U₁) eines Transistorverstärkers gezeigt, wobei das Vorzeichen der Spannung U₁, welche den Verstärker aussteuert, als positiv betrachtet ist. Erhält dieser Verstärker eine positive Vorspannung, so ergibt sich mit Bezug auf die Eingangsspannung die strichpunktierte Kennlinie, bei negativer Vorspannung die gestrichelte Kennlinie. Man kann also durch An-Ordnung von zwei Verstärkern mit passend gewählten negativen und positiven Vorspannungen, die vorzugsweise durch kontaktlose Mittel ab- und zugeschaltet werden können, für zwei Verstärker die Kennlinien nach F i g. 4 b erreichen und die Verstärker 1 und 2 die Rollen tauschen lassen.

Die beschriebene Anordnung ist besonders geeignet und ohne weiteres anwendbar für zweiphasige Stromrichter, wie sie z. B. auf Triebfahrzeugen verwendet werden. Die Zusammenfassung von drei zweiphasigen Brückenschaltungen über eine dreiphasige Saugdrossel zu einer Schaltung mit sechsphasiger Welligkeit ist ebenfalls möglich. Sie liefert bei stationären Antrieben großer Leistung und hoher Spannung gleiche Blindleistungsverhältnisse. Man erhält mit einer einfacheren, übersichtlicheren und betriebssicheren Steuerung ein besseres Blindleistungsverhalten als mit der üblichen unsymmetrischen Steuerung dreiphasiger Mittelpunktschaltungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche: phasige Saugdrossel zu einer Schaltung mit mindestens sechsphasiger Welligkeit verbunden sind.

1. Steuerungsverfahren für eine zweiphasige Stromrichterbrückenschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die an der ersten Transformatorphase angeschlossenen Ventile (1,1') mit untereinander gleichem Zündverzögerungswinkel (/X₁) und die an der zweiten Transformatorphase angeschlossenen Ventile (2, 2') ebenfalls mit untereinander gleichem, jedoch gegenüber den an der ersten Transformatorphase angeschlossenen Ventilen (1, 1') im allgemeinen verschiedenem Zündverzögerungswinkel ((X₂) steuerbar sind und daß die Steuergeräte zu jedem Steuerimpuls einen weiteren Steuerimpuls, der vom ersten potentialgetrennt ist, zu liefern vermögen und daß diejenigen Ventile (z. B. 2, 2'), die mit dem kleineren Zündverzögerungswinkel steuerbar sind, von dem Steuergerät der mit dem größeren Zündverzögerungswinkel gesteuerten Ventile (z. B. 1,1') einen zweiten Steuerimpuls erhalten.

2. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gleichrichterbetrieb die an der ersten Transformatorphase angeschlossenen Ventile (1,1') mit einem bis auf 180° el. anwachsenden Zündverzögerungswinkel («j) und die an der zweiten Transformatorphase angeschlossenen Ventile (2, 2') voll offen (a₂ = 0) steuerbar sind und daß im Wechselrichterbetrieb die an der ersten Transformatorphase angeschlossenen Ventile (1,1') mit einem Zündverzögerungswinkel (/X₁) von nahezu 180° el. und die an der zweiten Transformatorphase angeschlossenen Ventile (2, 2') mit zunehmender Wechselrichtergegenspannung mit einem bis auf nahezu 180° el. zunehmenden Zündverzögerungswinkel (a₂) steuerbar sind.

3. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Steuersätze vorhanden sind, die so ausgeführt sind, daß die Doppelimpulse (Zweitimpulse) wahlweise bei dem einen oder anderen Steuergerät abschaltbar sind.

4. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die richtige Folge der Aussteuerung der beiden Steuergeräte durch Ab- und Zuschalten von positiven und negativen Vorspannungen von Regelverstärkern durch kontaktlose Schaltmittel vorgenommen wird.

5. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechsel zwischen der im Gleichrichterbetrieb zurückgesteuerten Ventilgruppe und der im Gleichrichterbetrieb voll offenen Ventilgruppe bei periodischem Betrieb bei Beginn jeder Periode automatisch vorgenommen wird und dazu Vorspannungen zu den Regelverstärkern sowie Doppelimpulse der Steuergeräte ab- und zugeschaltet werden.

6. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechsel der im Gleichrichterbetrieb zurückgesteuerten und der im Gleichrichterbetrieb voll offenen Ventilgruppe jeweils beim Übergang vom Gleichrichterzum Wechselrichterbetrieb vorgenommen wird.

7. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch 3 teilbare Anzahl von unsymmetrisch gesteuerten zweiphasigen Brückenschaltungen über eine mehr-Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerungsverfahren für eine zweiphasige Stromrichterbrückenschaltung.

In der deutschen Patentschrift 640 958 (A b b. 3) ist unter anderem auch ein Steuerungsverfahren für eine zweiphasige Stromrichterbrückenschaltung beschrieben. Bei dem in dieser Patentschrift zur Verminderung der Blindleistungsaufnahme beschriebenen Steuerungsverfahren werden im Prinzip mindestens zwei in Reihe geschaltete Gruppen von Ventilen gebildet und unabhängig voneinander ausgesteuert. Der Leistungsfaktor der gesamten Stromrichteranlage wird dabei dadurch erhöht, daß die Regelung der Spannung nur jeweils in einer der in Reihe geschalteten Ventilgruppen erfolgt, während die übrigen Ventilgruppen mit einem Leistungsfaktor, der annähernd gleich 1 ist, gesteuert werden. Bei einer zweiphasigen Stromrichterbrückenschaltung (A b b. 3) bedeutet das, daß jeweils die Ventile mit gemeinsamem Kathodenpotential mit untereinander gleichem Zündverzögerungswinkel und die Ventile mit gemeinsamem Anodenpotential ebenfalls mit untereinander gleichem, jedoch gegenüber den Ventilen mit gemeinsamem Kathodenpotential im allgemeinen verschiedenem Zündverzögerungswinkel gesteuert werden. Aufgabe der Erfindung ist es, ein blindleistungssparendes Steuerungsverfahren für eine zweiphasige Stromrichterbrückenschaltung anzugeben, die im Hinblick auf die strom- und sperrspannungsmäßige Belastung der Ventile besonders günstig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die an der ersten Transformatorphase angeschlossenen Ventile 1, Γ mit untereinander gleichem Zünd-Verzögerungswinkel A₁ und die an der zweiten Transformatorphase angeschlossenen Ventile 2, 2' ebenfalls mit untereinander gleichem, jedoch gegenüber den an der ersten Transformatorphase angeschlossenen Ventilen 1, Γ im allgemeinen verschiedenem Zündverzögerungswinkel «₂ gesteuert werden und daß die Steuergeräte zu jedem Steuerimpuls einen weiteren Steuerimpuls, der vom ersten potentialgetrennt ist, zu liefern vermögen und daß diejenigen Ventile, z. B. 2. 2', die mit dem kleineren Zündverzögerungswinkel gesteuert werden, von dem Steuergerät der mit dem größeren Zündverzögerungswinkel gesteuerten Ventile, z. B. 1, 1, einen zweiten Steuerimpuls erhalten.

Dieses Steuerlingsverfahren weist den wesentlichen Vorteil auf, daß die stärker zurückgesteuerten Ventile strommäßig entlastet werden und daß der Sperrspannungsverlauf der zurückgesteuerten Ventile günstiger ist. Der Sperrspannungsverlauf, der mitbestimmend für die Rückzündungshäufigkeit ist, ist am zurückgesteuerten Ventil so wie bei einem voll offengefahrenen Ventil. Unter idealisierten Verhältnissen steigt die Sperrspannung von Null mit geringer Steilheit gemäß dem Verlauf der verketteten Spannung an.

Die weitere Erläuterung erfolgt an Hand der Figuren, wobei die im folgenden angewandten Bezeichnungen sich auf F i g. 1 beziehen.

In F i g. 1, die eine zweiphasige Stromrichterbrückenschaltung zeigt, werden jeweils die an einer Transformatorphase angeschlossenen Ventile, nämlich 1 und 1'