DE1916231B2 - Schaltungsanordnung für eine Stromrichteranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Stromrichteranlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches. Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt aus der ETZ-A, 1967, Seiten 392, 393 und 396.

Eine Schaltungsanordnung der vorausgesetzten Art ist in Fig. 1 gezeigt und kann z. B. für die Speisung der Antriebsmotoren einer Gleichstromlokomotive verwendet werden. Die Stromrichterbrücken 1, 2, 3 und 4 speisen die Ankerwicklungen der separaten Gleichstrommotoren 6 und 7. Die Brücken sind an vier Wechselspannungsquellen, nämlich den Sekundärwicklungen 52-55 eines Stromrichtertransformators 5, angeschlossen und werden von diesen gespeist. Die Brücke 1 ist aus Dioden 13 und 14 und Thyristoren 11 und 12 aufgebaut. Die letzteren werden in bekannter Weise von einem nicht gezeigten Steuergerät winkelgesteuert, so daß die abgegebene Gleichspannung der Brücke zwischen Null und einem Maximalwert verändert werden kann. Die übrigen Brücken sind in gleicher Weise aufgebaut und werden in gleicher Weise unsymmetrisch halbgesteuert. Die Anordnung von zwei in Reihe geschalteten Stromrichterbrücken für jeden Motorkreis hat den Zweck, diese beiden Stromrichterbrücken in der bekannten Folgesteuerung zu betreiben. Das bedeutet, daß bei sukzessiver Erhöhung der Motorspannung von Null auf ihren Maximalwert zunächst z. B. die Brücken 3 und 4 von der Spannung Null auf volle Spannung gesteuert werden, während die Spannung der Brücken 1 und 2 auf Null gehalten wird, und erst danach die Spannung dieser Brücken von Null auf den Maximalwert erhöht wird. Dieser Steuervorgang ist in Fig. 2 veranschaulicht. Sie zeigt den Gleichspannungsverlauf der Brükken (U_A für die Brücken 3 und 4 und U_B für die Brükken 1 und 2) und den Verlauf der Gesamtspannung U_M an einem Motoranker als Funktion eines Steuersignals t/, das die Ankerspannung der Motoren bestimmt. Diese bekannte Folgesteuerung hat den Vorteil, daß die Blindstrombelastung des Wechselstromnetzes vermindert wird.

Ein Nachteil der zur Ermöglichung der Folgesteuerung notwendigen Aufteilung des Stromrichters in zwei in Reihe geschaltete Stromrichter besteht darin, daß die in den Sekundärwicklungen der Stromrichtertransformatoren auftretenden Kupferverluste bei gleicher installierter Transformatorleistung relativ groß sind. Die Folgesteuerung bringt es mit sich, daß beispielsweise die Sekundärwicklungen 53 und 55 des Transformators im allgemeinen einen höheren Strom führen als die Wicklungen 52 und 54. Dies ist besonders ausgeprägt, wenn die Brücken 3 und 4 noch voll ausgesteuert sind und der ganze Motorstrom durch die Wicklungen 53 und 55 fließt, während der Strom durch die Wicklungen 53 und 54 Null ist. Wegen dieser ungleichmäßigen Stromverteilung zwischen den Wicklungen werden die Transformatorverluste groß. Parallel mit den Sekundärwicklungen des Transformators werden gewöhnlich Filter 92—95 zum Vermindern der Oberwellen angeschlossen, und die Wirkung dieser Filter nimmt als Folge der ungleichmäßigen Stromverteilung ab.

Aus der CH-PS 239 106 ist eine Stromrichterschaltung bekannt, bei der zwei in Reihe geschaltete Stromrichter auf einen Verbraucher arbeiten. Einer dieser Stromrichter ist im Gleichrichter- und Wechselrichterbetrieb steuerbar, so daß die Summenspannung beider Stromrichter zwischen einem Maximalwert und Null variiert werden kann. Wenn der steuerbare Stromrichter ab Wechselrichter arbeitet, dann wird die vom anderen Stromrichter gelieferte Energie durch den Wechselrichter zurückgewonnen. Dieser Leistungsaustausch erfolgt über die Primärwicklungen der beiden Stromrichtertransformatoren. Um die Verluste in diesen Primärwicklungen zu vermindern, wird in der Entgegenhaltung ein gemeinsamer Stromrichtertransformator mit einer Primär- und zwei Sekundärwicklungen verwendet. Die Energierückgewinnung erfolgt dann durch unmittelbare Kopplung der beiden Sekundärwicklungen. Eine Verminderung der Kupferverluste in den Sekundärwicklungen der Stromrichtertransformatoren ist durch diese Schaltung nicht möglich. Es sind so viele Sekundärwicklungen erforderlich, wie Stromrichter in der Schaltung vorhanden sind.

Aus der FR-PS 1 260719 ist eine auf einen einzigen Verbraucher arbeitende, folgegesteuerte Stromrichterschaltung aus in Reihe geschalteten Stromrichterbrücken bekannt. Dabei sind einige Glieder dieser Reihenschaltung aus parallelgeschalteten Stromrichterbrücken aufgebaut, wobei beide Brücken von derselben Sekundärwicklung eines Transformators gespeist werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs in der Weise weiterzuentwickcln, daß die Kupferverluste der Stromrichtertransformatoren während des Ansteuerungsvorgangs herabgesetzt werden bzw. mit einer kleineren installierten Trans-

formatorleistung gearbeitet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches genannten Merkmale hat.

In Fig. 2 beeinflußt das Steuergerät z. B. die Stromrichterbrücken 3 und 4, wenn die an das Steuergerät gelieferte Steuerspannung U₁ zwischen — 1 und 0 liegt.

Um zirkulierende Ströme zu vermeiden, wird dabei jede der vier Klemmen der beiden Sekundärwicklungen an den Zusammenschaltpunkt der ungesteuerten Ventile in der einen Stromrichterbrücke und an den Zusammenschaltpunkt der gesteuerten Ventile in der anderen Stromrichterbrücke angeschlossen.

Anhand der Figuren soll die Erfindung im folgenden näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 und 2 die bekannte und bereits beschriebene Schaltungsanordnung für eine Stromrichteranlage und das Prinzip ihrer Steuerung,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung für eine Stromrichteranlage nach der Erfindung und

Fig. 4 ein Blockschema der Anlage nach Fig. 3.

Fig. 3 zeigt, wie die bekannte Schaltung nach Fig. 1 durch die erfindungsgemäße Maßnahme verändert wird. Das erfindungsgemäße Steuersystem geht aus Fig. 4 hervor. Vom Steuergerät 8 wird die Steuerspannung U_al den Stromrichterbrücken 1 und 4 und die Spannung U_a2 den Stromrichterbrücken 2 und 3 zugeführt. Die abgegebene Gleichspannung der Stromrichterbrücken 2 und 3 ist die in Fig. 2 mit U_n angegebene Funktion von U_al,d. h. Null bei U_a2<0, linear mit U_al anwachsend, wenn 0< U_a2< 1 ist, und konstant bei U_a2 > 1. Um die gewünschte sukzessive Aussteuerung zu erhalten, wird ein U₁ = I entsprechend Signal zu U₁ am Eingang des Operationsverstärkers 81 addiert, wobei die Vorzeichen von seinem

Ausgangssignal im Verstärker 82 umgekehrt werden, so daß sein Ausgangssignal U_a , = U_s + 1 ist. Die Ausgangsspannung der Stromrichterbrücken 1 und 4 folgt also der Kurve U₄ in Fig. 2. Die resultierende Belastungsspannung als Funktion von U₁ ist die mit U_a in Fig. 2 bezeichnete Kurve.

Die Ströme durch die Sekundärwicklungen 52 und 53 werden bei jeder Aussteuerung untereinander gleich groß, was minimale Verluste ergibt. Ebenso werden die in Fig. 3 gezeigten Filterkreise 9 und 10 gleichförmig belastet, was eine maximale Wirkung der Filter ergibt.

Das Steuergerät 8 kann in bekannter Weise mit Kreisen für die Blockierung der Steuerimpulse zu den Stromrichterbrücken ergänzt werden, die völlig hinabgesteuert (bis auf die Gleichspannung Null) sind.

Die vorstehend beschriebene und in Fig. 3 dargestellte, als »Modul« bezeichnete Schaltungsanordnung der vier Stromrichterbrücken kann mit einem oder mehreren Moduln reihenges:· haltet werden. Die Reihenschaltung wird dabei auf der Glcichspannungsseite vorgenommen, und zwar so, daß ζ. Β. der Reihenschaltung von zwei Moduln nach Fig. 3 jedes Belastungsobjekt 6 oder 7 von vier reihengeschalteten Brücken gespeist wird. Hierbei gibt man dem Transformator 5 vier Sekundärwicklungen, die je an einer der vier reihengeschalteten Brücken in jedem Stromrichterzweig angeschlossen sind.

Es ist auch eine Art von Parallelschaltung denkbar, die dann auf den Wechselstromseiten der Brücken vorgenommen wird. So kann ein zusätzlicher »Modul« mit zwei weiteren Belastungsobjekten mit dem in Fig. 3 gezeigten parallel geschaltet werden, wobei die Wechselspannungsanschlüsse der Brücken im zusätzlichen Modul an die beiden Sekundärwicklungen 52 und 53 angeschlossen werden. Hierdurch erhält man eine Speisung der vier Belastungsobjekte von zwei Sekundärwicklungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltungsanordnung für eine Stromrichteranlage mit zwei aus je zwei gleichspannungsseitig in Reihe geschalteten einphasigen, unsymmetrisch halbgesteuerten Stromrichterbrücken bestehenden Stromrichterzweigen, die gleichspannungsseitig an je eine separate Gleichstromlast angeschlossen sind, wobei die jeweils in Reihe liegenden Stromrichterbrücken wechselspannungsseitig an getrennte Sekundärwicklungen eines Stromrichtertransformators angeschlossen und in Folgeschaltung derart steuerbar sind, daß gleichzeitig stets nur Ventile des steuerbaren Ventilzweiges einer einzigen Stromrichterbrücke jedes Stromrichterzweiges gesteuert werden und die Gleichspannungen beider Stromrichterzweige im wesentlichen stets gleich groß sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Stromrichterbrücke (I bis 4) aus jedem Stromrichterzweig (1/3, 2/4) wechselspannungsseitig an eine gemeinsame Sekundärwicklung (52 bzw. 53) angeschlossen und in der Weise verbunden ist, daß jedes Ende der Sekundärwicklung (52 bzw. 53) an der Kathode eines gesteuerten und eines unge- -Ueuerten Ventilzweiges in beiden Stromrichterzweigen (1/3, 2/4) liegt und daß von den jeweils zwei durch eine gemeinsame Sekundärwicklung (52 bzw. 53) gespeisten Stromrichterbrücken (1/2, 3/4) gleichzeitig stets nur eine aus jedem Stromrichterzweig ausgesteuert wird.