DE1438649A1

DE1438649A1 - Umformerstromkreisanordnung

Info

Publication number: DE1438649A1
Application number: DE19621438649
Authority: DE
Inventors: King Kenneth Gordon
Original assignee: Westinghouse Brake and Signal Co Ltd
Current assignee: Siemens Mobility Ltd
Priority date: 1961-04-18
Filing date: 1962-04-16
Publication date: 1968-12-19
Also published as: US3264548A; GB948474A

Description

DR. E. WIEGAND HAMBURG!, <*βη ¹*· April MÖNCHEN BALUNDAMM2«

DIPL.-ING. W. NIEMANN telefon= 330475

HAMBURG 1

¥.80198/63 8/Hl

Wcstlnghous· Brak· and Signal Company Limited London (England)

IXnformeretromkreisanordnung.

DIt Erfindung besieht sieh auf Umforsaerstromkreiae und insbesondere auf Umformerstromkreise, in denen Trans* formatoron «it etttlgbarcm Kern verwendet «erden, die unter der Wrkung eine· Speieherkondensatore eine Konnautution herbeiführen.

OeaAB der Erfindung ist eine utafonBerstrofiski*eieaRord· nung geeohaffen, bei welcher der Auegangeatrom über einen Traneforsator abgenommen wird und die Xommut^tionsfrequens des Uafomer· im voraus so bestimmt ist» das sie beim Einschalten höher als unter normalen Arbeitsbedingungen ist« um die Wgliehkeit herabsusetsen, dag der Transformatorkern beim Einschalten gesittlgt wird·

Bei einer Art von Gleichstrom in Veehselstro» umwandelnden Umformern, bei welcher die Komsutati^n des einem Ausgangstransformmtor sugefUhrten Stromes wenigittens teil-

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weise von der Spannung an einem Speieherkondensator abhängig ist, kann durch die Erfindung die Sättigung des Trans* formators beim Einschalten vermieden werden, um dadurch die Möglichkeit, daß die !Commutation duroh die dem Speioherkon-Sensator von einem gesättigten Transformator dargebotene geringe inpedans verhindert wird, herabsusetzen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispieleweise näher erläutert.

Fig* 1 zeigt ©Ine Ausfilhruiisefc?/;,; ein·· Utaform»rat--rorakreisoe, bei dem di# Erfindung angewendet »erde» kann*

Flg. 2, 3 und 4 ve£»amoöhmilleti«is Spenmmgs«

5 üsC 6 seiger sswei 6#iepi®le von ein»» oder aahsJLtlnpuleqts·!··

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und di® pmlttw® EjüüoaaeHSciena· 2 ij, und atm ia*gei-iv«

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Auslöse- oder Sohaltimpulsquelle 3 Impulse angelegt werden, leitend gemacht werden, die aber nachfolgend nur dadurch wieder nicht-leitend gemacht werden, daß die angelegte Spannung weggenommen wird. Hi Quelle 3 führt den Olelohriohtervorriohtungen TR1 und TR2 abwechselnd Ausluseimpulse su. Die positiven Klemmen dieser Vorrichtungen sind an die Enden der Primärwicklung 4 eines Transformators

5 angeschlossen, und eine Mittelanzapfung der Primärwicklung 4 1st Ober «ine Ballastdrossel 7 mit der positiven Eingang»- lcieeee 2 des Stromkreise« verbünden. Die Sekundärwicklung

6 des Transformators 5 1st mit einer aus dem Umformer mit Wechselstrom su speisenden Last 8 verbunden, und über die positiven Klemmen der Gleichrichter TR1 und TR2 ist, wie dargestellt, ein Speloherkondensator C geschaltet.

Bs sei angenoamsn, daß im Betrieb der Stromkreiaanordnung geeJtfl Fig. 1 der Gleichrichter TR1 durch einen von der Quelle J erhaltenen Auslöeeimpul« leitend gemacht worden 1st. Ss file fit dann Strom von der positiven Elngangsklemae 2 Ober die Drossel 7, die obere Hälfte der Primärwicklung 4 des Transformator« 5 und den Gleichrichter TR1 zur negativen Eingangskleaea· 1. Der Kondensator C wird mit der angedefceten Polarität aufgeladen. Venn Jetzt der Gleichrichter TR2 durch einen von der Quelle 9 erhaltenen RUokstellimpuls leitend genaoht wird, wird die Spannung am Kondensator C an dan Gleichrichter TR1 la umgekehrten Sinn angelegt, wodurch dieser nicht-leitend gemacht wird. Venn der Gleichrichter

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TR1 nachfolgend durch einen weiteren» au· der Quelle j> erhaltenen Aus löseImpuls wieder leitend gemacht wird, wird der Gleichrichter TR2 durch die an Kondensator C entwickelte ttnkehrspannung nicht«leitend gemacht und so fort. Die an die Last 8 angelegte Ausgangsspannung wird daher durch den Kommutationseffekt der Gleichrichter TRt und TR2 umgekehrt.

In Fig. 2 ist die ideale Wellenform der Ausgangsspannung des Umformers hei (a) und die ideale Wellenform des Flusse· in Transformator 5 bei 00 dargestellt. S* sei je» doch bemerkt, das infolge von Stromkreiaunvollkommenhelten die erzeugten Wellenformen in der Praxis etwas von der idealen Form abweichen können, überdies let, wenn der Umformer suerst eingeschaltet wird, der anfängliche Fluß in Transformator 5 unbestimmt und in allgemeinen derart, daß die in Fig« 2 bei (b) dargestellte Wellenform des Flusses nicht sofort erhalten wird.

Wenn beispielsweise angenommen wird, das der Kern des Transformators 5 anfanglieh vollständig entmagnetisiert ist, und wenn femer angenonnen wird, das kein· Sättigung erfolgt« dann kann die beim Einschalten des !informers erseugte FluSwellenform so sein« wie sie in FIg* 3 wieder» gegeben ist· Der FIuS steigt in der ersten Halbperiode nach den Einschalten fast auf das Zweifache der Qvü$* des normalen Arbeitsflusses an und fallt auf den normalen Zustand. Venn der Κ·νη. des Transformator* 5 anfänglich *i der falschen

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Richtung magnetisiert wird, ist der Anstieg des Flusses in der ersten Halbperiode nach dem Einschalten sogar noch grosser als der, der in Fig. 3 wiedergegeben ist. Mit einem Transformator, der für normale Arbeitsbedingungen entworfen ist, kann die in Efe. 2 gezeigte Flußwellenform tatsächlich nicht erhalten werden, wenn eine Sättigung des Kernes des Transformators auftreten kann, so dafl dem Kondensator C durch die Primärwicklung 4 des Transformators ein· geringe Impedanz dargeboten wird. Dadurch erhält der Kondensator C die Möglichkeit, sich in dem Kommutationsintervell zu entladen, und daher kann der Kondensator nioht die gewünschte Umkehrspannung anlegen, um den Gleichrichter TR1 oder TH2, der zuerst leitend gemacht worden 1st, nicht-leitend zu machen und dadurch den Kommutatlonsvorgang einzuleiten. Der Umformer kann daher nicht zu arbeiten beginnen.

Um die vorgenannte Schwierigkeit zu Überwinden, wäre es möglich, den Transformator 5 derart auszubilden, daß er mit einer geringen Flußdlohte arbeitet, jedoch müßte er, um dies zu erreichen, viel größer sein, als es sonst für das normale Arbeiten notwendig wäre. Wenn dagegen gem&a der Erfindung die Arbeltsfrequenz beim Einschalten so gewählt wird, daß sie wesentlich höher als die normale Arbeitsfrequenz ist, dann braucht der Transformator 5 nicht größer gemacht zu werden, als es für das normale Arbeiten erforderlich ist. Dies 1st deswegen möglich, weil dl« Jlufldichte in Transformator herabgesetzt wird, wenn die Arbeitefrequenz des Transform*·»

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tors erhöht wird.

In Pig. 5 ist ein Beispiel des Stromkreises einer Aus-

löseimpulsquelle wiedergegeben, der für die Verwendung mit

in einem Umformerstromkreia, wie er/Pig. 1 veranschaulicht ist, für die zwecke der Erfindung geeignet ist. Ein Spannungsteiler, der aus zwei Widerstanden 9 und 10 besteht,-iet über die Gleichstromzufuhrklemmen 11 und 12 gescheltet, wobei den Widerstand 9 ein Kondensator 13 paralle!geschaltet ist. Di« Gleichstromquelle, die Wßerstände 9 und 1S und der Kondensator 1> stellen einen eine veränderliche Speisespannung liefernden Stromkreis dar. .

Die positive Eingangsklemme 12 ist mit den Emitterelektroden zweier Transistoren TI und T2 verbunden, deren Kollektorelektroden an die entsprechenden Enden einer Transformierungswicklung 14 eines Transformators 15 angeschlossen sind. Diese Wicklung H hat eine Mittelanzapfung, die mit der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 9 und 10 und außerdem über einen Widerstand 16 mit der Basiselektrode des Transistors T2 verbunden ist.

Die Basiselektroden der Transistoren T1 und T2 sind über Widerstände !γ bzw, 18 und mit ihnen in Reihe liegende Wicklungen I9 bzw. 20 des Transformators I5 mit den Emitterelektroden, wie dargestellt, verbunden. Eine weiter« Trane« formierungswicklung 21 des Transformators I5 wirkt als Ausgange* ic klung. Diese Ausgangewicklung 21 hat «ine Mittelanzapfung» die mit einem gemeinsamen AusgangsIelter 22 verbun-

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d«n let, uiMi dl· Enden der Wicklung 21 sind Über dlffereniier*nde Stromkreise, die aus Widerständen 25, 27 und eine« Kondensator 29 bzw. aus Widerständen 26, 28 und einem Kondensator 30 bestehen« mit Auegang»leitern 2} bzw. 24 verbunden. Die Leiter 22« 25 und 24 führen zu den steuerbaren Gleichrichtern des ümformerstromkreieee.

In Betrieb des In Bg. 5 dargestellten Stromkreises der AusluMlapulsquelle wird beim Anschalten der Gleichstromzufuhr an die £ingangskleiH&en 11 und 12 anfänglich zufolge der Wirkung des Kondensators I3 die volle Olelohspannung an den Werstand 10 angelegt, und daher ist In Abhängigkeit von der Zeltkonstanten des von den Widerstanden 9 und 10 und dem Kon* densator 1> gebildeten Stromkreises die Spannung aa Widerstand 10 veränderlich, und sie sinkt allmählich auf den durch die Widerstände 9 und 10 bestimmten Wert, wobei die Zelt, die verstreicht* daalt dies eintritt, von der Zeltkonstanten des Widerstandes 9 und des Kondensators 13 abhängig 1st« Daher beginnen die Transistoren, entsprechend dem Sinn der Wicklungen I9 und 20 relativ zur Wicklung 14, abwechselnd alt einer Frequen* zu leiten, die sich von einem maximalen Wert bei» Einschalten auf einen normalen Arbeltswert vermindert, wena das an de» Widerstand 10 liegende Potential auf dem vorstehend genannten, von den Widerstanden 9 und 10 bestimmten Wert gesunken 1st· Die Spannungen, die an der oberen und der unteren Hälfte der Ausgängen icklung 21 des !Trans. formator· 15 auftreten, sind daher Reohteokwellen, welche

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durch die oben erwähnten Dfferenzierungskreise differenziert werden« um in den Leitern 23 und 24 die gewünschten Auslöe·- lrapulse zu erzeugen. Die Auslöseimpulse haben daher beim Einschalten eine verhältnismäßig hohe Frequenz, die nachfolgend auf dfe normale Arbeltsfrequenz des Umformers abfällt.

In Fig. 6 ist ein weiteres Beispiel eines Stromkreises einer Auslöseimpulsquelle veranschaulicht, der für die Verwendung mit einem Umformerstromkreis, wie er in Sg* 1 dargestellt 1st, für die Zwecke der Erfindung geeignet ist. Dieser Auslöselmpulsstrorakreis braucht nicht im einzelnen beschrieben zu werden, Jedoch Ist ersichtlich, daß er hauptsächlich einen Multivibrator bekannter Art enthält, der «in Paar.über Kreuz gekoppelte Transistoren Tk und T5 aufweist, deren Emitterelektroden mit der positiven Klemme der Gleichstromquelle verbunden sind und deren Basiselektroden über •ine parallelschaltung ein·« Widerstandes 31 und eines Kondensators 32 mit der negativen Klemme der Gleichstromquelle verbunden sind. In diesem Fall bilden die Gleichstromquell·, der Widerstand 31 und der Kondensator 32 den Kreis für die Zufuhr einer veränderlichen.Spannung.

Beim Einschalten ist das an die Basiselektroden d«r Transistoren T4 und T5 angelegte Potential wegen d#* N«b«n* eohlußeffektec des Kondensators 32 nicht von d«m Wideretand 31 abhängig, und daher startet der Multivibrator mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz, die sich in einer von dem

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Widerstand 31 und dem Kondensator 32 bestimmten Zeit auf •inen normalen Arbeltswert für die Umformerschaltvorrichtungen vermindert. Der aus dem Auslöseimpulsstromkreis erhaltene Ausgang wird über einen Transformator abgenommen, dessen PriraÄrwioklung mit den Kollektorelektroden der Transistoren Τ4 und T5, wie dargestellt, verbunden 1st»

Wenn der eine oder der andere der vorstehend beschriebenen Auslöaeimpulskreise in Verbindung mit einer Umformer-•tromkreisanordnung verwendet wird, wie sie in Pig. 1 dargestellt ist, ist der Pluß im Transformator 5 beim Einschalten des Umformers verhälntismäßig klein, und er steigt nachfolgend auf den normalen Arbeitswert an. Die Wellenform des Flusses beim Einsahalten ist in Pig. 4 bei (b) wiedergegeben. Es ist dnaoh ersichtlich, daß die Zeitkonstante des den Kondensator 13 (Ig. 5) bzw. den Kondensator 3? (Pig. 6) enthaltenden Kreises derart gewählt werden soll, daß ermöglicht wird, das wenige Kommutationsperloden auftreten, bevor der normal· Fluß erhalten wird.

Obwohl oben nur zwei besondere Ausftlhrungsformen von Auslöseimpulserzeugungskrelsen beschrieben worden sind, ist die Erfindung auf diese nicht beschrankt, da irgendeine zweckentsprechende Anordnung eines Umformers verwendet werden kann, bei welcher gemlB der Erfindung die Startfrequenz größer als dl· normale Arbeitsfiemenz gemacht ist.

Di· Erfindung kann soalt allgemein bei irgendeiner Art ion UmformeretronikreiB angewendet werden, bei dem es erwünscht

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ist, die Sättigung eines Transformators beim Einschalten zu verhindern. Derartige Stromkreise können beispielsweise Brückenkreise umfassen, die keinen Transformator der beschriebenen Art enthalten, die aber mit einer Last gekoppelt sind, welche diejenige Art von Transformatorvorrichtung enthält, die als sättigbare Drossel bekannt iet. Ferner kann der Stromkreis von einer solchen Art sein, die keinen Kommutierungskondenaator enthält. Weiterhin erstreckt sich die Ei'findung auch auf Mehrphasenausführungen solcher Umformerstromkreise.

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Claims

Patentansprüche;

.)jUmformerstromkreisanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstrom über einen Transformator abgenommen wird und daß die Kommutationsfrequenz des Umformers im voraus so bestimmt ist, daß sie beim Einschalten höher als unter normalen Arbeitsbedingungen ist, um die Möglichkeit herabzusetzen, daß der Transformatorkern beim Einschalten gesättigt wird.

2·) Tteformerstromkreisanordnun-g nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umforinerkreis eine Mehrzahl von Gleichrichterschaltvorriohtungen derjenigen Art enthält, die, wenn an sie von einer Auslöse- oder Schaltimpulsquelle Impulse angeleg^werden, einzeln oder in Gruppen aufeinanderfolgend in der Vorwärtsrlchtung leitend gemacht werden, um zu bewirken, daß ein Strom von einer Gleichstromquelle abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen durch eine Wicklung des Transformators hindurchfliest, wobei eine Schaltvorrichtung bzw. eine Gruppe von Schaltvorrichtungen, wenn eine weitere Schaltvorrichtung bzw. eine Gruppe von weiteren Schaltvorrichtungen leitend gemacht 1st« durch den umkehrenden Vorspannungseffekt eines Kondensators nicht-leitend gemacht wird, der sich In den entsprechenden leitenden Perloden auflädt, und daß die Impulsquelle für diese Schaltvorrichtungen einen Stroekreis aufweist, der beim Einschalten Auslöseimpulse erzeugt, die eine höhere frequenz als unter

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normalen Arbeitsbedingungen haben.

5.) Umformerstromkreisanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseimpulsquelle zwei Transistoren aufweist, deren Kollektor-Eiritter-Kreise über eine Wicklung eines Transformators mit einem eine veränderliche Spannung liefernden Kreis verbunden sind, wobei die Transistoren eine regenerative Rückkopplung aus dem Transformator haben, die sie abwechselnd leitend macht, um Ausgangsirnpulse über einen Differenzierungskreis zu erzeugen, der mit einer Sekundärwicklung des Transformators verbunden ist.

4.) Umformerstromkreieanordnunghach Anspruch 3, dadurch gekennselehnst, dag der die veränderliche Spannung liefernde Kreis einen Spannungsteile aufweist, der über ein« Bezugsspannungsquelle geschaltet ist, wobei ein Abschnitt des Spannungsteil«s von einem Kondensator überbrückt ist, dessen Wert so gewählt ist»daß beim Einschalten praktisch die ganse Bezugsspannung an die Traneistoren angelegt wird waA die Spannung danach auf einen von dÄm Spannungsteiler bestimmten Wert innerhalb einer Zeit sinkt, die von der ZeltkonÄtanten dieses Abschnittes des Spannungsteilern und §»n Kondensators Abhängig let.

5.) Umformerstromkreleanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, «Saß die Auelöseintpulsquelle einen ^•«nsietoraiultivibret©!· aufweist und daß die Spannungen, die den Steuerelektroden der Transistoren dee Multivibr·-

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tors zugeführt werden, über einen Kreis mit einer Zeitkonstanten abgenommen werden, so daß sie beim Einschalten einen grüUeren Wert als nach der Herstellung normaler Aroeitsbedlngunfoen haben.

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