DE2062480A1

DE2062480A1 - Impulsgenerator

Info

Publication number: DE2062480A1
Application number: DE19702062480
Authority: DE
Inventors: Eugene M Cheektowaga NY Pernn (V St A )
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1970-01-09
Filing date: 1970-12-18
Publication date: 1971-07-15
Also published as: FR2077588A1; US3643112A; FR2077588B1

Description

Westinghouse Electric Corporation Erlangen 1 7. OEZ. 1970

Pittsburgh, Pa. USA Werner-von-Sie'mens-Str.

Unser Zeichen VPA 70/8335 Ao/Ca

Impulsgenerator

Beanspruchte Priorität: USA vom 9. Jan. 1970 (Ser.No. 1,599)

Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsgenerator für einen Umformer mit durch Impulse steuerbaren Schaltmitteln. Solche Umformer mit z.B. phasengesteuerten Thyristoren oder anderen steuerbaren Halbleitergleichrichtern können zur Gleich- und Wechselrichtung benutzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine genaue Steuerung der steuerbaren Schaltmittel eines Umformers mit einfachen Mitteln zu erreichen.

Dies gelingt nach der Erfindung dadurch, daß eine zu der Speisewechselspannung des Umformers um 90° phasenverschobene Wechselspannung (Cosinusspannung) einem ersten Vergleicher und eine dazu um 180° phasenverschobene Wechselspannung (inverse Cosinusspannung) gleicher Wellenform einem zweiten Vergleicher und jedem Vergleicher noch eine gleiche veränderbare Steuergleichspannung zugeführt ist, so daß im Schnittpunkt der Cosinus- bzw. der inversen Cosinusspannung mit der Steuergleichspannung die Vergleicher ihre Ausgangsspannung ändern und dabei Impulsstufen zur Abgabe von Impulsen für die steuerbaren Schaltmittel des Umforders steuern.

Ein einzelner solcher Umformer stellt eine Stromquelle mit bestimmter Stromrichtung dar. Zur Schaffung einer Stromquelle mit Stromfluß in beiden Richtungen, z.B. für einen umsteuerbaren

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Gleichstrommotor, ist ein zweiter Umformer (Rückwärtsumformer) notwendig, der mit dem ersten (Vorwärtsumformer) einen Dualumformer für beide Stromrichtungen bildet.

Wenn ein Dualumformer im Kreisstrombetrieb arbeiten soll, muß der Durchschnittswert der Ausgangsspannung Null sein, wozu die Kennlinien beider Teilumformer genau aufeinander abgestimmt sein müssen. Wenn dies nicht der Pail ist, fließen große Gleichströme im Dualumformer, die nur durch die Impedanzen der Anordnung begrenzt sind. Dieser Fall tritt ein, wenn dem gleichrichtenden Umformer eine größere Spannung zugeführt wird als der wechselrichtende Umformer aufnehmen kann, d.h. o^„ + oc < 180°, wobei der Zündwinkel A.' für den Vorwärtsumformer und αέ für den Rückwärtsumformer gilt.

Bisher hat man zwei Impulsgeneratoren vorgesehen und durch Auswahl der Schaltungselemente, durch konstruktive Maßnahmen und durch Versuchsmessungen eine Anpassung aller Kennlinien an eine gewünschte theoretische Kennlinie vorgenommen. Hierbei hat man größere .als für den Betrieb eigentlich notwendige Drosselspulen und Widerstände in den Lastkreis des Umformers eingefügt, um von dem angestrebten angepaßten Zustand möglichst wenig abzuweichen.

Um eine genaue Steuerung eines solchen Dualumformers sicher zu erreichen, ist gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung dafür zu sorgen, daß jedem Vergleicher zwei jeweils gegensinnig beeinflußte Impulsstufen für die steuerbaren Schaltmittel beider Teilumformer nachgeschaltet sind. Die Steuer- oder Zündimpulse hängen dabei vom Schnittpunkt der veränderbaren Steuergleichspannung mit einer zur Speisewechselspannung um 90° phasenverschobenen Cosinusspannung und einer von dieser abgeleiteten inversen Cosinusspannung mit gleicher Wellenform ab.

Die Schnittpunkte der Steuergleichspannung mit dem positiv geneigten Kurventeil der Cosinus- bzw. inversen Cosinusspannung bestimmen zeitlich die Zündimpulse für die Thyristoren des einen

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Teilumformers, und die Schnittpunkte der Steuergleichspannung mit dem negativ geneigten Kurventeil der Cosinus- "bzw. inversen Cosinusspannung bestimmen die Zündimpulse für die anderen Teilumformer. Bei Ausnutzung der positiven und negativen Schnittpunkte jeder einzelnen der genannten beiden Wechselspannungen mit der Steuergleichspannung zur Erzeugung von Zündimpulsen für beide Teilumformer treten keine Kennlinienabweichungen auf.

Die eigentümliche Symmetrie einer solchen Anordnung stellt sicher, daß die Summe der Zündwinkel der Thyristoren der beiden Teilumformer 180° beträgt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen

Pig. 1 ein Schaltschema der gesamten Anordnung, Fig. 2 einen Vergleicher und
Fig. 3 Kurvenverläufe.

In Fig. 1 ist ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung gezeigt. Es enthält einen wechselstromgespeisten Impulsgenerator 10, der einen wechselstromgespeisten Dualumformer 12 über Impulstransformatoren 14, 16, 18 und 20 steuert. Der Dualumformer 12 enthält einen Vorwärtsumformer F und einen Rückwärtsumformer R mit je vier in Brückenschaltung angeordneten Thyristoren 1 bis 4 und 3 bis 8, die die zugeführte Speisewechselspannung U, V in Abhängigkeit von den Zündimpulsen des Impulsgenerators 10 gleichrichten und die sich ergebende Gleichspannung einem LastStromkreis L zuführen. Ein .. an die gleiche Wechselspannungsquelle wie der Dualumformer 12 primärseitig angeschlossener Umspanner 22 speist mit seiner herabgesetzten Sekundärspannung einerseits eine Gleichstromversorgung 24 für Impulsstufen 80, 82, 84, 86, einen Umkehrverstärker 52 und einen Phasenschieber 30 des Impulsgenerators 10 und gibt andererseits getrennt auf den Eingang 26 des Phasenschiebers 30 eine zur Speisewechselspannung des Dualumformorc 12 phasengleiche Wechselspannung (Sinusspannung).

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Die Sinusspannung wird in dem Phasenschieber 30, bestehend aus einem passiven RC-Filter 32 und einem aktiven Filter 34, um 90 phasenverschoben, so daß am Ausgang 36 des Phasenschiebers 30 eine Cosinusspannung auftritt. Dabei bewirkt das passive Filter 32 nur etwa 3 bis 5°, das aktive Filter 34 dagegen 85 bis 88° Phasenverschiebung. Somit läßt sich auf einfache und verlustarme Weise eine genaue 90° Phasenverschiebung erzielen. Die Cosinusspannung am Ausgang 36 wird dem Eingang 40 eines ersten Vergleichers 42 und dem Eingang 50 des Umkehrverstärkers 52 zugeführt. Am Ausgang 54 des Umkehrverstärkers 52 tritt eine zur Cosinusspannung des Phasenschiebers 30 inverse Cosisnusspannung, d.h. eine zur Cosinusspannung um 180 phasenverschobene Spannung auf, die dem Eingang 60 eines zweiten Vergleichers 62 zugeführt wird. Den Eingängen 44 bzw. 64 der Vergleicher 42 bzw. 62 wird außerdem noch eine veränderbare Steuergleichspannung V einer Steuergleichspannungsquelle 70 zugeführt. Jeder Vergleicher 42 bz\v. 62 hat zwei Ausgänge 46, 48 bzw. 66, 68, von denen die Ausgänge 46 bzw. 68 mit der Rückwärtsimpulsstufe 80 bzw. 86 und die Ausgänge 48 bzw. 66 mit der Vorwärtsimpulsstufe 82 bzw. 84 verbunden sind.

Der Vergleicher 42 ändert seine Ausgangsgrößen, sobald die Summe der Cosinusspannung und der Steuergleichspannung V Null wird. Die Änderung der Ausgangsgrößen an den Ausgängen 46 und 48 löst in den nachgeordneten Vorwärts- und Rückwärtsirnpulsstufen 80, 82 die Erzeugung von Zündimpulsen aus, die über die Impulstransformatoren 14 bzw. 16 auf' die Gitter der Thyristoren 5 und 7 des Rückwärtsumformers R und auf die Thyristoren 2 und 4 des Vorwärtsumformers F geführt werden. In entsprechender Weise wird der Vergleicher 62 vom zu Nullwerden der Summe der inversen Cosinusspannung am Eingang 60 und der Steuergleichspannung V am Eingang 64 beeinflußt und steuert die Impulsstufen 84, 86, so daß über Impulstransformatoren 18, 20 die anderen Thyristoren 1, 3, 6 und 8 gezündet werden.

Um gleiche Impulsstufen 80, 82, 84, 86 verwenden zu können, werden vorteilhafterweise Differentialvergleicher 42, 62 benutzt,

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die aus den Transistoren 41 und 43 "bzw. 61 und 63 bestehen und denen die Polarität der Ausgänge 46, 48 bzw. 66, 68 gleich ist. Ein weiterer Vorteil solcher Differentialvergleicher ist ihre Temperaturunabhängigkeit.

Ein besonders einfacher Vergleicher ist in Pig. 2 gezeigt. Er besteht aus einem einzigen Transistorschalter 90, dessen Basis mit dem Eingang 93 verbunden ist, dem die Cosinusspannung des Phasenschiebers 30 und die Steuergleichspannung V zugeführt wird. Je nachdem ob die Summe beider Spannungen am Eingang 93 Null oder von Null verschieden ist, tritt am Kollektorausgang 92 eine positive oder negative Spannung auf. Die mit dem gezeigten Vergleicher 42 zusammenarbeitenden Impulsstufen 80, 82 müssen aber wegen der unterschiedlichen Polarität der Ausgangsspannungen des Vergleichers unterschiedlich aufgebaut sein.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach der Erfindung ist anhand der Fig. 3 erläutert.

Es bedeuten darin A die Speisewechselspannung (Sinusspannung) für den Dualumformer 12 und den Umspanner 22, B die Cosinusspannung am Ausgang 36 des Phasenschiebers 30, die dem Vergleicher 42 und dem Umkehrverstärker 52 zugeführt wird, C die inverse Cosinusspannung am Ausgang 54 des Umkehrverstärkers 52, die dem Vergleicher 62 zugeführt wird.

Die Rechteckkurven D und E zeigen die Änderungen der Ausgangsgrößen an den Transistoren 41, 43 bzw. 61, 63 der Vergleicher 42 und 62 in Abhängigkeit von den Schnittpunkten der Kuveri B bzw. C mit der veränderbaren Steuergleichspannung V_. Die Größe der Steuergleichspannung V₀ bestimmt die Zündzeitpunkte der

Thyristoren 1 bis 8 des Dualumformers 12.

Die Rechteckkurven P und G zeigen die Zündimpulse der Vorwärtsimpulsstufen 82 und 84 und die Rechteckkurven H und I die Zündimpulse der Rückwärtsimpulsotufen 80 und 86, die den Gittern der entsprechenden Thyristoren 1 bis 8 zugeführt werden. Unter

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Ausnutzung der Schnittpunkte des positiven und negativen Kurventeils der Cosinusspannung B bzw. der inversen Gosinusspannung C mit der Steuergleichspannung V werden die Zündimpulse für die

Thyristoren der Vorwärts- und Rückwärtsumformer F, R so erzeugt, daß eine Übereinstimmung zwischen den Kennlinien der Vorwärts- und Rückwärtsumformer gegeben ist. Die Verwendung von Cosinusspannungen und inversen Cosinusspannungen gleicher Form zur Auslösung der Zündimpulse für die beiden Teilumformer ergibt praktisch eine gleiche Summe der Zündwinkel von 180 für den Vorwärts- und den Rückwärtsumformer. Weiterhin ist ein symmetrisches Arbeiten des Dualumformers durch die Steuergleichspannung V. gesichert, die die Kurven B und C zu gleichen Zeitpunkten schneidet, bezogen auf die entsprechend aufeinanderfolgenden Zyklen der Speisewechselspannung (Sinusspannung) A.

Ein Zeitverzögerungsglied 25 ist an den Ausgang der Gleichstromversorgung 24 angeschlossen. Es hat die Aufgabe, die Gleichspannung V^, die den Impulsstufen 80 bis 86 zugeführt wird, zu verzögern, damit die Erzeugung der Zündimpulse ausreichend lang verzögert wird, um einen gleichzeitigen Anschluß der Wechselstromenergie an den Dualumformer 12 und an den Umspanner 22 zu ermöglichen, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Thyristoren des Dualumformers 12 während der Anlaufperiode ungesteuerte Zündimpulse erhalten.

7 Ansprüche
3 Figuren

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Claims

Patentansprüche

Impulsgenerator für einen Umformer mit durch Impulse steuerbaren Schaltmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu der Speisewechselspannung (U, Y) des Umformers (12) um 90° phasenverschobene Wechselspannung (Cosinusspannung) einem ersten Vergleicher (42) und eine dazu um 180° phasenverschobene Wechselspannung (inverse Cosinusspannung) gleicher Wellenform einem zweiten Vergleicher (62) und jedem Vergleicher noch eine gleiche veränderbare Steuergleichspannung (V ) zugeführt ist, so daß im Schnittpunkt der Cosinus- bzw. der inversen Cosinusspannung mit der Steuergleichspannung (V ) die Vergleicher· (42, 62) ihre Ausgangsspannung ändern und dabei Impulsstufen (80, 82, 84, 86) zur Abgabe von Impulsen für die steuerbaren Schaltmittel (1 bis 8) des Umformers (12) steuern.
2. Impulsgenerator nach Anspruch 1 für einen aus zwei Teilumformern bestehenden Dualumformer im Kreisstrombetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Vergleicher (42, 62) zwei jeweils gegensinnig beeinflußte Impulsstufen (80, 82 bzw. 84, 86) für die steuerbaren Schaltmittel (1 bis 4 bzw. 5 bis 8) beider Teilumformer (F, R) nachgeschaltet sind.
3. Impulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Speisewechselspannung (U, V) des Umformers (12) phasengleiche Wechselspannung (Sinusspannung) dem Eingang (26) eines Phasenschiebers (30) zugeführt ist, dessen Ausgang (36) direkt mit dem Eingang (40) des ersten Vergleichers (42) und über einen Umkehrverstärker (52) mit dem Eingang (54) des zweiten Vergleichers (62) verbunden ist, die beide eingangsseitig (44» 64) außerdem mit einer Steuergleichspannungsquelle (70) verbunden sind.

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4. Impulsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Differentialvergleicher (41> 43 bzw. 61, 63) mit zwei wechselweise wirksamen Ausgängen (46, 48 bzw. 66, 68) gleicher Polarität vorgesehen und jeder Ausgang mit einer gesonderten gleichen Irnpulsstufe (80, 82, 84, 86) gekoppelt ist.
5. Impulsgenerator nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsstufen (80, 82, 84, 86) über Impulstransformatoren (14, 16, 18, 20) jeweils mit zwei in diagonalen Zweigen der Brückenschaltung des Umformers bzw. der Teilumformer (F, R) des Dualumformers (12) angeordneten steuerbaren Schaltmitteln (1 bis 8) in Steuerverbindung

ψ stehen.
6. Impulsgenerator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Sinusspannung abhängiges Zeitverzogerungsglied (25) zur Steuerung der Impulsstufen (80, 82, 84, 86) und des aktiven Filters (34) im Sinne einer Verzögerung der Impulserzeugung vorgesehen ist.

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