DE2302227A1 - Steuersatz zur abgabe begrenzter zuendimpulse in einem stromrichter - Google Patents

Steuersatz zur abgabe begrenzter zuendimpulse in einem stromrichter

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DE2302227A1
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Description

WESTINGHOUSE Erlangen, 16. 1. 1973
Electric Corporation Werner-von-Siemens-Straße 50
Pittsburgh Pa. USA
Mein Zeichen:
YPA 72/8333 Kna/Hln
Steuersatz zur Abgabe begrenzter Zündimpulse in einem Stromrichter
Es wird die Priorität der US-Patentanmeldung Serial Ho. 219 461 vom 20.1.1972 in Anspruch genommen.
Die Erfindung betrifft einen Steuersatz zur Abgabe breitenbegrenzter Zündimpulse in einem Stromrichter mit einem oder mehreren steuerbaren Stroinrichterventilen und mit Impulsgeneratoren, die Impulse einer Länge abgeben, die im wesentlichen der Durchlaßdauer der Stromrichterventile entspricht.
Bei Stromrichteranlagen mit steuerbaren Stromrichterventilen ist es teilweise üblich» die Zündimpulse für die einzelnen Stromrichterventile während der vollen Dauer, in der das Stromrichterventil durchlässig ist, anstehen zu lassen. Dies bedeutet z. B. in einem Drehstrombrückenstromrichter, daß die Zündimpulse normalerweise eine Dauer von 120° el· aufweisen. Die Beaufschlagung mit Zündimpulsen während der vollen Durchlässigkeitsdauer der Stromrichterventile garantiert ein sicheres Funktionieren des Stromrichters unter allen Bedingungen. Eine typische Anwendung eines Impulsgenerators mit langanhaltenden Zündimpulsen wird von P.R.Pelly in dem Bericht: "Thyristor-Phase Controlled Converters and Cycloconverters11, veröffentlicht 1971 durch Wiley-Interscience auf den Seiten 248 bis 254 beschrieben und dargestellt.
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Normalerweise erfordert bei einer kontinuierlich stromführenden Brückenachaltung jedes Stromrichterventil nur einen relativ kurzen Zündimpuls im Augenblick des Einschaltens, während der größte Teil eines langanhaltenden Zündimpulses überflüssig ist. Bei bestimmten Einschwingbedingungen wird jedoch ein Stromrichterventil nicht nur von der Anstiegsflanke eines langanhaltenden Zündimpulses durchgesteuert. So ist es z. B. denkbar, daß die Anstiegsflanke des Zündimpulses versehentlich zu einem Zeitpunkt an dem Stromrichterventil antrifft, zu dem dieses noch nicht durchgesteuert werden kann, d.h. es liegt noch eine Sperrspannung an dem Ventil. In solch einer Situation würde das Stromrichterventil bei einem langer anhaltenden Zündimpuls in dem Augenblick durchlässig werden, in dem seine Spannung in Durchlaßrichtung umgepolt wird, d.h. in dem Augenblick, in dem die Sperrspannung in eine Blockierspannung umkippt, und die Auswirkungen des ursprünglichen Fehlers in der Synchronisierung des Zündimpulses würden von dem Leistungsteil unbemerkt bleiben.
Unter anderen Bedingungen kann der Strom auf der Grleichstromseite des Stromrichters lücken und jedes Stromrichterventil kann für zwei oder mehrere Zeitintervalle innerhalb einer einzigen 120° el. Zeitspanne stromführend sein. Bei der Anwendung von länger andauernden Zündimpulsen würde bei jedem neuen stromführenden Zeitabschnitt das.betreffende Stromrichterventil automatisch gezündet.
Bei einem Stromrichter, in dem mehrere Thyristoren innerhalb eines Stromrichterzweiges in Seihe geschaltet sind, treten jedoch zwei wesentliche Nachteile bei der Anwendung langer andauernder Zündimpulse auf. Zunächst gibt es praktische Schwierigkeiten einen kontinuierlichen Zündimpuls mit einer steilen Anstiegsflanke für jeden von mehreren in einer Reihe geschalteten Thyristoren zu erzeugen. Die Konstruktion der Steuerkreise könnte entschieden vereinfacht werden, wenn man kurze Zündimpulse anwenden könnte. Daneben beinhaltet die
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Anwendung von Zündimpulsen, die während der vollen Durchlässigkeit sdauer der Stromriehterventile anstehen, daß es manchmal notwendig sein kann, die Thyristoren eines Stromrichterzweiges mit einem anderen Teil des Zündimpulses als der Anstiegsflanke zu zünden. Dies "bedeutet, daß die Strorariehterventile teilweise auch dann mit Zündimpulsen beaufschlagt werden, wenn eine Sperrspannung an dem Stromrichterzweig anliegt. Bei einem Quecksilberdampfgleichrichter ist dieser Zustand tolerierbar. Bei einem Thyristor resultiert die Beaufschlagung mit Zündimpulsen, während eine Sperrspannung an ihm liegt, in einem beachtlichen Anstieg des Blindstromes in Gegenrichtung. Obgleich dies bei einem einzigen Thyristor noch nicht kritisch sein muß, besteht bei einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Thyristoren die Möglichkeit, daß der Sperrwiderstand einzelner Thyristoren zu einem größeren Anteil als der der anderen beeinflußt werden kann. Sine mögliche Konsequenz dieses Zustande s wäre eine ungleichmäßige Spannungsverteilung an den in Reihe geschalteten Thyristoren, die zu einem Zusammenbruch in Kettenreaktion und eventuell zu einem zerstörenden Durchbruch aller Thyristoren in Rückstromrichtung führen könnte.
Es besteht die Aufgabe einen Steuersatz zur Abgabe begrenzter Zündimpulse zu finden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Steuersatz der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Schaltkreis zur Überwachung der an den Stromrichterventilen liegenden Spannung vorgesehen ist, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn an den Stromrichterventilen eine Blockierspannung anliegt, daß eine zweite Schaltvorrichtung in Form einer logischen Verknüpfung vorgesehen ist, deren einer Eingang mit dem Ausgang des ersten Schaltkreises und deren anderer Eingang mit dem Ausgang eines Impulsgenerators zusammengeschaltet ist, daß diese zweite Schaltvorrichtung einen breitenbegrenzten Zündimpule an die steuerbaren Stromrichterventile abgibt, wenn gleichzeitig ein Impuls, der Blockierspannung anzeigt, und ein Impuls des Impulsgenerators anliegen und daß die
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Dauer des Zündimpulses im wesentlichen der Zeit entspricht, die "benötigt wird, um die Stromrichterventile durchzuschalten, wodurch die Blockierspannung im wesentlichen auf Null zusammenbricht.
Es ist bei einem Steuersatz der eingangs genannten Art vorteilhaft, daß der erste Schaltkreis eine Vorrichtung zur Messung einer Spannungsdifferenz enthält, die mit den Stromrichterventilen zusammengeschaltet ist, und ein erstes Ausgangssignal zur Anzeige einer Blockierspannung und ein zweites Ausgangssignal zur Anzeige einer Sperrspannung abgibt, daß eine Vergleichsstufe am Ausgang der Vorrichtung zur Messung der Spannungsdifferenz angeschlossen ist, die von einer Grenzwertstufe einen Grenzwert mit der Polarität erhält, die die Ausgangsspannung der Differenzspannungsmesstufe beim Anliegen einer Blockierspannung an den Stromrichterventilen aufweist, und daß die Vergleichsstufe einen Eingangsimpuls für die zweite Schaltvorrichtung abgibt, wenn die Differenzspannungsmesstufe eine Ausgangsspannung liefert, die größer als das Grenzwertsignal ist·
Durch die Verwendung eines Regelkreises, der die Spannungsbedingungen, die an einer Reihe von Stromrichterventilen innerhalb eines Stromrichterzweiges liegen, überwacht, wird es möglich, Stromrichterventile nur zu jenen Zeitpunkten innerhalb einer vorgeschriebenen Leitfähigkeitsdauer mit Zündimpulsen zu beaufschlagen, zu denen an ihnen eine Blockierspannung anliegt. Der beschriebene Steuersatz bringt damit zwei wesentliche Vorteile. Zum einen gibt er in einer Situation, in der während der gesamten vorgeschriebenen Durchlässigkeitsdauer an den Stromrichterventilen eines Stromrichterzweigee ' Blockierspannung anliegt, nur einen einzigen breitenbegrenzten Ztindimpuls ab, der ausreicht, die Stromrichterventile durchzuzünden. Wird jedoch die Blockierspannung während der vorgeschriebenen Iieitfähigkeitsdauer durch kurzzeitig auftretende Sperrspannungsabschnitte an den Stromrichterventilen unterbrochen, so gibt der Steuersatz automatisch mehrere breiten-
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begrenzte Zündimpulse ab. Diese Zündimpulse werden innerhalb einer vorgeschriebenen Leitfähigkeitsdauer immer dann abgegeben, wenn die Sperrspannung an den Stromrichterventilen wieder in eine Blockierspannung übergeht. Die Zahl der abgegebenen Zündimpulse richtet sich nach der Zahl der Zeitabschnitte während denen die Blockierspannung unterbrochen wird.
Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung.
Die Figur 2 zeigt anhand von Kurvenverläufen a,b,c die Funktionsweise des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1.
Die Figur 3 zeigt anhand von Kurvenverläufen a,b,c die Funktionsweise des Ausführungsbeispieles gemäß der Figur 1 unter der Annahme einer zweiten Art von Betriebsbedingungen.
Figur 1 zeigt schematisch einen Stromrichterzweig 10 eines Stromrichters, der aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten steuerbaren Stromrichterventilen 11 besteht. Ein Schaltkreis 20 dient zur Überwachung der Spannungsbedingung an dem Stromrichterzweig 10, die zwischen den Anschlußpunkten A und B gemessen wird. Breitenbegrenzte Zündimpulse werden in der logischen Stufe 26 erzeugt und nach Verarbeitung in der folgenden Verstärkerstufe 32 sowie der Trennstufe 34 an die Steuerelektroden 12 der Stromrichterventile 11 gelegt.
Ein Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R1 und S1', ist zwischen dem Punkt A des Stromrichterzweiges 10 und dem Punkt M angeschlossen, während ein zweiter Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R2 und R21, zwischen dem Punkt B des Stromrichterzweiges und dem Punkt M liegt. Die Widerstandswerte der Widerstände R1 und R2 sind wesentlich größer als die Wideretandswertβ der Widerstände R1' und R21, was einer Abbildung der Spannung zwischen den Punkten A und B durch eine
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kleinere Spannung zwischen den Punkten A1 und Bf entspricht. Die Spannungen der Punkte A1 und B1 werden einem Differenzverstärker 21 zugeführt, wobei die Spannung des Punktes A' dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers· und die Spannung des Punktes B1 dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers zugeführt werden.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt eine Blockierspannung über dem Stromrichterzweig an, wenn Punkt B des Stromrichterzweiges positiv im Vergleich zu Punkt A des Stromrichterzweiges ist. Dieser Zustand wird durch eine positive Ausgangsspannung des Differenzverstärker 22 angezeigt. Es ist offensichtlich, daß bei einer Umkehrung der Anschlüsse an dem Stromrichterzweig oder durch eine Umkehrung der Eingänge des Differenzverstärkers ein negatives Ausgangssignal am Differenzverstärker 22 eine Blockierspannung an dem Stromrichterzweig anzeigen würde. Darüberhinaus ist es neben der beschriebenen Funktionsweise des Ausführungsbeispiels mit Hilfe eines Signales, das eine Blockier spannung an dem Stromrichterzweig 10 anzeigt, leicht möglich, das Ausführungsbeispiel so abzuändern, daß die erwünschten zeitlich begrenzten Zündimpulse als Antwort auf ein Signal erzeugt werden, das beispielsweise Sperrspannung anzeigt.
Die Ausgangssignale des Differenzverstärkers 22 werden dem einen Eingang einer Vergleichsstufe 24 zugeführt. Die Vergleichsstufe 24 vergleicht dieses Eingangssignal mit einem Grenzwert, der ihr von einem Grenzwertgeber 25 an einem zweiten Eingang zugeführt wird. Die Polarität des Grenzwertes entspricht dabei der Polarität der Ausgangsspannung der Differenzspannungsmeßstufe, die sie beim Anliegen einer Blockierspannung an den Stromrichterventilen aufweist. Die Vergleichsstufe 24 erzeugt an ihrem Ausgang eine logische 1, wenn das erste Eingangssignal gleich oder größer als das Grenzwerteingangssignal ist. Sie erzeugt eine logische 0 am Ausgang, wenn das erste Eingangssignal kleiner ist als der Grenzwert. Das positive Grenzwertsignal stellt einen minimalen Wert dar, den die
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Ausgangsspannung der Differenzspannungsmeßstufe übersteigen muß, bevor eine logische 1 am Ausgang der Vergleichsstufe 24 erzeugt wird. Der Grenzwert macht die Schaltung unempfindlich gegenüber Falschanzeigen. Das logische Ausgangssignal der Vergleichsstufe 24 wird selbst wieder als Eingangssignal für eine TJHD-Stufe 26 mit zwei Eingängen verwendet. Das zweite Eingangssignal für die UHD-Stufe 26 wird von einem konventionellen Impulsgenerator 30 geliefert, der einen Impuls abgibt, dessen Breite der beabsichtigten oder vorgeschriebenen Leitfähigkeitsdauer der Stromrichterventile eines Stromrichterzweiges 10 entspricht. Dieser Impuls wäre beispielsweise im Falle einer Drehstrombrüekeneehaltung 120° el. breit. Das gleichzeitige Anliegen eines Auagangsimpulses des Impulsgenerators 30 und einer logischen 1 am Ausgang der Vergleichsstufe 24 resultiert in einem Ausgangsimpuls der UND-Stufe 26. Dieser Impuls wird anschließend durch einen Verstärker 32 verstärkt, über eine Trennstufe 34 geführt und in Form eines breitenbegrenzten Zündimpulses an die Steuerelektroden 12 der Stromrichterventile 11 des Stromrichterzweiges 10 gelegt.
Figur 2 zeigt anhand der Kurven a, b, c in vereinfachter Form die Wirkungsweise des Ausführungsbeispieles der Figur Die Kurve a zeigt die Spannung U^ eines Stromrichterzweiges über der Zeit aufgetragen, wie sie zwischen den Punkten B und A der Figur 1 gemessen wurde. Kurve b zeigt die Spannung Ug gemessen am Ausgang des Impulsgenerators 30 über der Zeit aufgetragen. Es ist ein langer Impuls zu erkennen, dessen Breite vollen Leitfähigkeitsdauer der Stromrichterventile des Stromrichterzweiges 10 entspricht. Kurve c zeigt die Spannung TJ, gemessen am Ausgang der UND-Stufe 26 über der Zeit aufgetragen Es ist ein breitenbegrenzter Zündimpuls zu sehen, der aufgrund des gleichzeitigen Anliegens einer logischen 1 aus der Vergleichsstufe 24 und einem Impuls des Impulsgenerator 30 am Eingang der UND-Stufe 26 entstand. Die Kurvenform a zeigt den idealen Zustand, in dem die Stromrichterventile 11 während der getarnten vorgeschriebenen Durchlässigkeitadauer, ζ. B, 120° el
führend sind.
z. B. 120° el. bei einer Drehstrombrückensehaltung, »trom-
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Figur 3 zeigt unter Annahme anderer Betriebsbedingungen als in Pig. 2 erneut die Spannungen TJ^, U2 und U, über der Zeit aufgetragen. Dabei wird mit der Kurvenform a eine Situation herausgegriffen, in der die Spannung TJ1, anschließend an ein anfängliches Durchzünden der Stromrichterventile 11 durch einen zeitlich begrenzten Zündimpuls, zu einer Sperrspannung umgedreht wird. Während dieser Zeitspanne werden die Stromrichterventile gesperrt. Sie kehren im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erst dann wieder in den leitfähigen Zustand zurück, wenn eine Blockierspannung an ihnen anliegt und die daraus resultierende logische 1 am Ausgang der Vergleichstufe 24 einen neuen, zeitlich begrenzten Zündimpuls erzeugt, mit dem ihre Steuerelektroden 11 beaufschlagt werden. Die zeitliche Dauer des Zündimpulses wird aufgrund der Tatsache begrenzt, daß anschließend an die Durchsteuerung der Stromrichterventile, die zwischen'den Punkten A und B gemessene Blockierspannung im wesentlichen auf 0 absinkt. Dies hat eine logische 0 am Ausgang der Vergleichsstufe 24 zufolge, die jetzt von dem Differenzverstärker 22 eine kleinere Spannung als von dem Grenzwertgeber erhält. Die gesamte Anordnung erzeugt somit nicht nur Zündimpulse zum einmaligen Zünden der Stromrichterventile eines Stromrichterzweiges, sondern generiert automatisch immer dann neue Zündimpulse während der vorgeschriebenen Leitfähigkeitsdauer der Stromrichterventile, wenn die Blockierspannung an den Ventilen unterbrochen wurde. Das soeben beschriebene Auftreten mehrerer zeitlich begrenzter Zündimpulse ist an der Spannung TJ^ im Kurvenverlauf c der Fig. 3 zu erkennen. Durch die Generierung einzelner, breitenbegrenzter Zündimpulse zu Beginn und während der vorgeschriebenen Leitfähigkeitsdauer werden dieselben Betriebscharakteristiken erreicht, wie bei der Anwendung langer Zündimpulse, deren Dauer der gesamten Leitfähigkeitsdauer der Stromrichterventile entspricht. Zusätzlich ist eine Beaufschlagung der Stromrichterventile mit Zündimpulsen während des Anliegens einer Sperrspannung verhindert.
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Abschließend sei noch einmal betont, daß unabhängig von der hier aufgezeigten Ausführungsform eine Anwendung der Erfindung bei allen Arten statischer Ausrüstungen wie z. B.
Frequenzumformern, Wechselstromstellern, Gleichstromstellern, statischen Schalten usw. möglich ist.
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Claims (5)

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1.)Steuersatz zur Abgabe breitenbegrenzter Zündimpulse in einem Stromrichter mit einem oder mehreren steuerbaren Stromrichterventilen und mit Impulsgeneratoren, die Impulse einer Länge abgeben, die im wesentlichen der Durchlaßdauer der Stromrichterventile entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltkreis zur Überwachung der an den Stromrichterventilen liegenden Spannung vorgesehen ist, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn an den Stromrichterventilen eine Blockierspannung anliegt, daß eine zweite Schaltvorrichtung in Form einer logischen Verknüpfung vorgesehen ist, deren einer Eingang mit dem Ausgang des ersten Schaltkreises und deren anderer Eingang mit dem Ausgang eines Impulsgenerators zusammengeschaltet ist, daß diese zweite Schaltvorrichtung einen breitenbegrenzten Zündimpuls an die steuerbaren Stromrichterventile abgibt, wenn gleichzeitig ein Impuls, der Blockierspannung anzeigt, und ein Impuls des Impulsgenerators anliegen und daß die Dauer des Zündimpulses im wesentlichen der Zeit entspricht, die benötigt wird, um die Stromrichterventile durehzusehalten, wodurch die Blockierspannung im wesentlichen auf Null zusammenbricht.
2. Elektrischer Steuersatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schaltkreis eine Vorrichtung zur Messung einer Spannungsdifferenz enthält, die mit den Stromrichterventilen zusammengeschaltet ist und ein erstes Ausgangssignal zur Anzeige einer Blockierspannung und ein zweites Ausgangssignal zur Anzeige einer Sperrspannung abgibt, daß eine Vergleichsstufe am Ausgang der Vorrichtung zur Messung der Spannungsdifferenz angeschlossen ist, die von einer G-renzwertstufe einen Grenzwert mit der Polarität erhält, die die Ausgangsspannung der Differenzspannungsmesstufe beim Anliegen einer Blockierspannung an den Stromrichterventilen aufweist, und daß die Vergleichsstufe einen Eingangsimpuls für die zweite Schaltvorrichtung abgibt,
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wenn die Differenzapannungsmesstufe eine Ausgangsspannung liefert, die größer als das Grenzwertsignal ist.
3. Elektrischer Steuersatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem Stromrichter in Brückenschaltung eingesetzt ist, der aus Stromrichterzweigen mit einem oder mehreren steuerbaren Stromrichterventilen und aus Zündimpulssteuerkreisen besteht, die so mit den steuerbaren Stromrichterventilen jedes Stromrichterzweiges zusammengeschaltet sind, daß sie nacheinander Zündimpulse während der vorgeschriebenen Durchlaßzeit jedes Stromrichterzweiges gleichzeitig an alle Stromrichterventile eines Zweiges abgeben.
4. Elektrischer Steuersatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Stromrichterzweig eine Vorrichtung zur Messung der Blockierspannung vorgesehen ist.
5. Elektrischer Steuersatz nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Messung der Blockierspannung an den gegenüberliegenden Enden der Stromrichterzweige angeschlossen ist.
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