DE1638019A1 - Regeleinrichtung fuer die Regelung des Gleichstromzwischengliedes in einem statischen Umrichter - Google Patents

Description

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31. 1. 68

ELIN-Union Aktiengesellschaft für elektrische Industrie in Wien

Regeleinrichtung Für die Regelung des Gleichstromzwischengliedes in einem statischen Umrichter

Lastgeführte Umrichter setzen sich vor allem auf dem Gebiet der induktiven Erwärmung gegenüber rotierenden ^requenzumformern in immer größerem Maße durch. Gegenüber letzteren haben sie zwei Vor= teile - größeren Frequenzbereich und hohen Wirkungsgrad - aufzuwei* sen.

Wie bekannt besteht der lastgeführte Umrichter, wenn er auf eine mit einem Parallelkondensator kompensierte Last arbeitet, aus drei Baugruppen: 1. dem Gleichrichterteil mit Regelu/ng des Gleichstrom» Zwischengliedes, 2. dem Wechselrichter und 3. dem Lastschwingkreis. Der Wechselrichter muß dabei über eine Induktivität gespeist werden, die gleichzeitig zur Siebung des Ausgangsstromes des Gleichrichters herangezogen werden kann.

Der prinzipielle Aufbau eines solchen Umrichters ist in ^ig. 1 dart= gestellt, wobei die Regelung des Gleichstromzwischengliedes wie bisher üblich mit Hilfe einer halbgesteuerten Thyristorbrücke er= folgt. Die einzelnen Bezeichnungen in Fig. 1 bedeuten: 1, 2, 3 Regel thyristoren des Gleichrichters, 4, 5, 6 Gleichrichterdioden, 7 Fiebdrossol, 8 bis 11 die Wechselrichterthyristoren, 12 den Korn= pensationskondensator und 13 die induktive Last (Lastspule). Diese Methode der Gleichstromregelung weist die folgenden Nachteile auf: Rollte sich im noröich de»s Wechselrichters ein Kurzschluß ereignen,

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vas relativ lticht eintreten kann, dann liegt im ungünstigsten fall die maximale Betriebsspannung durch ca. 7 Millisekunden bei einer Versorgung aus dem 30 Hs-Nets an der kurzgeschlossenen Siebdrossel 7» da der eben gesundete Gleichrichterthyristor auch nach Wegnahme des zündimpulses noch bis sum Mulldurchgang des Speisestromes durchlässig ist.

Abgesehen davon» daß dieser Kurzschlußstrom also nur durch die Siebdrossel 7 begrenzt ist, ergibt sich auch aus der Forderung einer ausreichenden Siebung vegen der relativ niedrigen Qrund« frequenz der tleichrichterausgangsspannung (1SO Hs bei 50 H» Hetsfrequens) ein oft relativ hoher induktionswert für die Sieb* drossel.

Als besonderer »achteil wäre auch noch der hohe Verschiebungsfaktor In Nets bei abgesegeltem Anschnittwinkel des Gleichrichters su erwähnen.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltanordnung nach Flg. 2 werden diese vorangeführten MachteiIe veitgehendst vermieden. An Hand eines in Fig. 2 dargestellten Ausfuhrungsbeispieles soll die Brfindung n&» her erläutert werden.

Die eigentliche Oleichitromregeleinrichtung, bestehend aus diversen Bauteilen (Pos. 26 bis 37) vird aus einem ungeregelten Oleichrichter mit den Dioden Pos. 20 bis 25 mit einer konstanten Gleichspannung versorgt, Die dlelchstromregeleinrichtung besteht aus einer Thy« ristorbrücke mit den Thyristoren 27t 28, 29 und 30 und einem Leistungskondensfttor 32 mit einer ohmisch gedämpften kleinen Serien«! Induktivität 33» 34 im Quersveig der Thyristorbrücke; ferner sind eine Siebdrossel 36 und eine ffulldiode 35 erforderlich. Der Neben« widerstand 37 dient der Messung des Siebdrosselstromes, welcher dem Wechselrichter 38 sugefUhrt wird und welcher den La·tschwingkreis 39 versorgt. Falls erforderlich, können noch ein Thyristor 31 und ein Kondensator 26 angeordnet werden.

Die Funktion der Glelchatromregeleinrichtung sei nun an Hand des

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in rig. 2 dargestellten Ausftihrungsbeispiels näher betrachtet.

Ea ist angenommen, daß die Thyristoren 28 und 29 leitend sind, was «it Hilfe der Steuerung 40 erreicht werden kann. Damit wird der Kondensator 32 über die Siebdrossel 36 und Wechselrichter 38 bis auf dm vollen Wert der Versorgungsspannung aufgeladen, worauf die üing&ngsklemmen des Wechselrichters 36 spannungslos werden.

Werden nun die Thyristoren 27 und 30 gezündet« dann liegt zunächst die Spannung des Kondensators jeweils in Sperrichtung an den Thy« ristoren 28 und 29, während vorerst die doppelte Versorgungsspan* mang an der gesperrten Nulldiode 35 liegt. Der Siebdrosselstrom * steigt an und entlädt de» Kondensator 32. So bald der Kondensat t^s» 32 wieder auf die volle Versorgungsapannung, nun jedoch mit umgekehrter Polarität, aufgeladen ist, Übernimmt die Nulldiode 35 den Drosselstrom. Sollte der Drosselstrom kleiner als ein im Steu* erg«ä»3lt 40 eingestellter Sollwert sein, dann wird durch die Steu* erelektronik das jetzt in Durchlaßrichtung vorgespannte Thyristor« paar 28, 29 gezündet. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis der Istwert am Siebdrosselstromes den Sollwert erreicht, worauf ie!t weiteren Thyristorsündungen so lange gewartet wird, bis der Zstvart wieder unter den Sollwert fällt.

in rig. 3 ist der Verlauf der Spannung an der Nulldiode 35 darge* stellt. Zum Zeitpunkt t₁ bzw. t- wird jeweils ein Tfeyristorpaar ge« ( Bilndet. Zwischen t- und t« bzw. t» und t, wird der Kondensator 32

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äureh den nahezu konstanten Siebdrosselstrom umgeladen. Vom Zeit* punkt t₂ bis t» führt die Nulldiode den Siebdrosselstrom; u_Q stellt die Versorgungsspannung dar. Da der Mittelwert der Spannung zwischen ■'£.<■ mnä t₂ bzw. t^ und t^, also bei stromführenden Thyristoren, flfeleh der Versorgungsspannung ist, gilt, wie aus Fig. 3 ersieht« lieh ist, u * u_Q ■ < — , wobei u den Mittelwert der Wech* ü«lricht@reingangsspannung darstellt.

Der Kondensator 26 dient zur Beschränkung von überspannungsspitzen auf <Ser Versorgungsseite.

Die Induktivität 33 i« Ouerzveig der Thyristorbrücke bewirkt im

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Betrieb elfte kleine überhöhung der Spannung des Kondensators 32 gegenüber der Versorgung«pannung, so daß die Thyristoren schon von dem Moment an öegenspannung führen» in welchem ihr Strom durch Hull geht.

Venn der Zustand der Vollaufregelung der Normalfall ist und nur kleine Abregelungen erfolgen» ist die Anordnung eines Thyristors 31 sweckmIAig. Bieter Thyristor ist bei Vollaufregelung dauernd leitend und hat damit wohl Durchlaß» aber keine Schaltverluste. Kittels der Tayrü torbrücke mit den Thyristoren 27 bis 30 kann die Spannung des aufgeladenen Kondensators 32 in Sperrichtung an Thyristor 3t gelegt werden» um ihn zu sperren. Von diesem Augen* bilde an beginnt wieder die Umladung des Kondensators 32, nach deren Beendung von der Thyristorbrücke kein Strom mehr in die Siebdrossel einfließt. Sobald der Thyristor 31 zündet, kann kein Strom mehr an den Kondensator 32 geliefert werden, um seinen Law desustand aufrecht zu erhalten. Falls die Periode zu lange dauert, muß mit entsprechenden Hilfskreisen dafür gesorgt werden, daß die Spannung am Kondensator 32 nicht zu sehr abfällt.

Gegenüber der konventionell gesteuerten Oleichrichterbrücke weist die «rfiadungsgemäße Schaltung nachstehend angeführte Vorteile auf. Der legier kann als Zweipunktregler gebaut werden, wobei im Kurz« schlußfall maximal eine einzige Entladung des Kondensators 32 in die Siebdrossel 36 erfolgt. Der Siebdrosselstrom überschreitet damit den Sollwert nur geringfügig, da keine weiteren Thyristor« Zündungen mehr erfolgen, Die große Schnelligkeit des Zweipunktreg« ler* 1st außerdem deshalb noch von großem Vorteil, weil im Bereich der induktiven Erwärmung die Lastkreise oft sehr rasch ihre Sin« gatigsimpedan* verändern. Da die Schaltverlust« von Thyristoren erst bei etwa 1 küs eine nennenswerte Stromreduktion erfordern, kann die Free,ue»s der Siebdrosselspannung wesentlich höher angesetzt werden, wodurch sich eine Verkleinerung der Siebdrossel ergibt. Veiters be« steht keine fest® S%asenbesiehung zwischen der steuerfrequenz der Regeleinrichtung tätet dem Netz, woraus sich ein cos. von 1 ergibt, Bei Parallelbetrieb mehrerer Kegeleinrichtungen kann durch asyn« chronen Betrieb eine nahezu konstante Leistungsentnahme aus dem Netz erreicht werden. 109823/0773

BADORIGfNAi.

Claims (1)

1. i968

   163801S Patentansprüche

   Regeleinrichtung für die Kegelung des aieichstromsvischengliede· eines statischen Umrichters, dadurch gekennzeichnet, daß eine Baueinheit*bestehend aus einer Thyristorbrücke (Fig, 2, Thyristoren £7, 28, 29t 30) mit einem Kondensator (32) im Querzweig» ferner im Anschluß an die ThyristorbrUcke eine Induktivität (36) mit Nulldiode (35) vorhanden ist, wobei mit Hilfe der Thyristor« brücke und dem Kondensator (32) eine Strom»- bzw. Spannungsregelung durch Veränderung der Umladefrequenz des Kondensators erreicht und mit der Induktivität (36) und der Nulldiode (3S) die Wellig» keit des Ausgangs»taroiees der Regeleinrichtung beschränkt vird.

   2. Regeleinrichtung nach. Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet* daß für höhere Leistungen xvei oder mehrere Baueinheiten, wie im Anspruch 1 angeführt, parallelgeschaltet sind.

   3· Segeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur verbesserung der Löschung der Brückenthyristoren im Haupt- oder Kondensator Stromkreis eine induktivität (33) »it Dumpfungswiderstand (34} vorhanden ist.

   4. Kegeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2« dadurch gekennzeichnet, daß vor de« Regelglied ein Kondensator (26) zur Bekämpfung von Spannungsspitsen angeordnet ist*

   5. Kegeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2» dadurch gekenn« zeichnet, daß zur ThyrietorbrUcke ein weiterer Thyristor (31) parallelgeschaltet ist.

   6. Segeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2» dadurch gekennseiehnet« daα das jeweils in Durchladrichtung die höhere Spannung führende Thyristorpaar (28, 29 bsv. 27« 30} gesundet vird» sobald der Istwert des Stromes der Siebdrossel (3<>) den Sollwert Unter» schreitet.

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   fttffelfiltriefetuit? nach Anspruch 2, dadureh fekenngeichnet» daß bei* Hochregeln des Q«iaMtatrcm«i die einaelnen Segel einheit tn aach«inand«r auf ihren Kennwert geregelt ver-dwi.

   »«gel «!»richtung nach Anspruch a, dadurch gekennseichnet, da3 bti Verwndunff mehrerer Baueinheiten deren aiynchrone· Arbeiten von ihrer steuerung (40) ersvungen vird, um solcherart eine bettet*« Aufteilung der Ketzbelastung au erreichen.

   BAD ORfGiNAL

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