DE2333570C3 - Schaltungsanordnung zur Speisung eines Gleichstromverbrauchers aus einer Wechselstromquelle über einen ungesteuerten Gleichrichter - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Speisung eines Gleichstromverbrauchers aus einer Wechselstromquelle über einen ungesteuerten Gleichrichter

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Speisung eines Gleichstromverbrauchers aus einer Wechselstrorrnjuelle über einen ungesteuerten Gleichrichter mit einem zwfczhen t'-,m Ausgang des Gleichrichters und dem Gleichstromverbraucher angeordneten Gleichstromsteller, dessen Steuersatz mit der Wechselstromquelle synchronisiert ist und den Leistungsfaktor auf einem vorgegebenen Wert, insbesondere ungefähr !, hält, sowie mit einem dem Gleichstromsteller zugeordneten Kotidensator und mit wenigstens einer den Gleichstromverbraucher überbrückenden Freilaufdiode.
Bei einer derartigen Stromrichterschaltung mit Zwangskommutierung kann durch netzsynchrones Pulsen die Kommutierungsblindleisitung kompensiert werden. Der Stromrichter kann damit blindstromfrei betrieben werden. Im Gegensatz zu Stromrichterschaltungen ohne Zwangskommutierung entsteht dabei keine Blindleistung, die wegen der Zusatzverluste, den zusätzlichen Investitionen bei Geräten und Anlagen und wegen der zusätzlichen Spannungsabsenkung und Spannungsverzerrung unerwünscht ist
Bei der eingangs beschriebenen, aus der Zeitschrift ELEKTRIE 25 (1971), S. 282 - 284, Bild 2, bekannten Schaltungsanordnung ist ein Kondensator zwischen die Ausgangsklemmen des ungesteuerten Gleichrichters geschaltet Hierbei ist nachteilig, daß der Kondensator mit der Induktivität am Eingang der Schaltungsanordnung, insbesondere mit der Induktivität der Wechselstromquelle, über den ungesteuenen Gleichrichter einen Schwingkreis bildet, in dem bei einer Pulssteuerung des Gleichstromstellers hohe Ströme fließen können. Diese Ströme, die bei einem Kondensator mit fest vorgegebener Kapazität nicht beeinflußbar sind, wirken auf die Wechselstromquelle zurück. Die Ströme enthalten Oberschwingungen, deren Frequenz im allgemeinen über derjenigen der speisenden Wechselstromquelle liegt, wenn der Kondensator nicht unvertretbar groß dimensioniert werden soll. Diese Ober schwingungen belasten die Wechselstromquelle zusätzlich und stören weitere, an die gleiche Wechselstromquelle angeschlossene Verbraucher, Diese Oberschwingungsströme treten insbesondere bei einer einphasigen Wechselstromquelle und einem angeschlossenen einphasigen Gleichrichter unerwünscht stark in Erscheinung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art d:ese Oberschwingungsströme weitgehend zu unterdrücken, insbesondere bei Verwendung einer einphasigen Wechsßlstromquelle und einer einphasigen Gleichrichterbrücke. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
rs daß der Gleichstromverbraucher mit zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten Freilaufdioden überbrückt ist und daß der dem Gleichstromsteller zugeordnete Kondensator zwischen der Eingangsldemme des Gleichstromstellers und dem Verbindungspunkt der beiden Freilauf- dioden liegt
Im Gegensatz zur eingangs genannten bekannten Schaltungsanordnung, bei der ein Kondensator die Gleichspannungsquelle überbrückt, liegt bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die Reihenschal- tung einer Freilaufdiode mit einem Kondensator über der Gleichspannungsquelle. Hierdurch wird der Oberschwingungsgehalt entscheidend vermindert
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist den beiden in Reihe geschalteten Freilaufdio- den eine dritte Freilaufdiode parallel geschaltet Die beiden in Reihe geschalteten Freilaufdioden werden wesentlich niedriger belastet und können entsprechend kleiner dimensioniert werden als die ihnen in Reihe geschalteten und für den vollen Laststrom bemessene dritte Freilaufdiode. Man wird im jeweiligen Anwendungsfall hinsichtlich des Preises und des Platzbedarfs entscheiden können, ob es vorteilhafter ist lediglich zwei in Reihe geschaltete, hoch belastbare Freilaufdioden für den vollen Laststrom vorzusehen, oder ob nur eine hoch belastbare Freilaufdiode hii den vollen Laststrom und zwei weitere, wesentlich niedriger belastbare Freilaufdioden günstiger sind. In beiden Fällen werden die Oberschwingungsströme weitgehend unterdrückt und damit ihre nachteiligen Rückwirkungen auf die Wechselstromquelle vermieden. Dies ist insbesondere dann sehr vorteilhaft, wenn der unge siteuerte Gleichrichter als einphasige Gleichrichterbrük- ke ausgebildet ist
Eine erfindungsgemä3e Schaltungsanordnung kann
besonders vorteilhaft zur Stromversorgung eines über einen Wechselrichter gespeisten Elektromotors verwendet werden, der bei dieser Anwendung den Gleiclistromverbraucher bildet Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
In der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 besteht eine Wechselstromquelle 1 aus einem Generator 2 mit einem ohmschen Widerstand 3 und einem induktiven Wider stand 4. In der Praxis kann eine derartige Wechsel stromquelle durch die Sekundärseite eines an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Stromrichtertransformators ausgebildet sein, wobei der ohmsche Widerstand 3 den Leitungswiderstand und der induktive Widerstand 4 die Leitungsinduktivität darstellen. Die an den Ausgängen der Wechselstromquelle 1 auftretende Wechselspannung ist einem ungesteuenen einphasigen Gleichrichter 7 zugeführt, der Dioden Dl1 D2, D3, DA
in einer üblichen Brückenschaltung enthält. Dem Gleichrichter 7 ist ein an den Klemmen 8 und 9 angeschlossener Gleichstromsteller 11 nachgeschaltet, der mit dem Symbol eines zünd- und löschbaren Ventils dargestellt ist und dem ein Steuersatz 18 zugeordnet ist Bei dem Gleichstromsteller 11 kann es sich um eine der bekannten handelsüblichen Ausführungen bandeln, wie sie beispielsweise im »Silizium-Stromrichter-Handbuch« der Aktiengesellschaft Brown, Boveri &. Cie, Baden (Schweiz), 19/1, S. 182 — 196, beschrieben sind. An den Gleichstromsteller ist zwischen den Klemmen 13 und 14 ein Gleichstromverbraucher 15 angeschlossen, der einen ohmschen Widerstand 16 und eine Induktivität 17 enthält
Der nicht näher veranschaulichte Steuersatz 18 dient zur Bestimmung des Zündzeitptmktes und des Löschzeitpunktes für den Gleichstromsteller 11. Um sicherzustellen, daß Zündzeitpunkt und Löschzeitpunkt immer während einer Halbperiode der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle liegen, wird der Steuersatz 18 in nicht dargestellter Weise auf die Nulldurchgänge der Wechselspannung synchronisiert Bei einer Optimierung des Leistungsfaktors in bezug auf den Generator 2 in der Wechselspannungsquelle 1 wäre es erforderhch, den Steuersatz 18 unmittelbar auf die Nulldurchgänge der Generatorspannung zu synchronisieren. Wenn die Generatorspannung zugänglich ist, wird man sie zweckmäßigerweise zur Synchronisierung des Steuersatzes 18 heranziehen. Bei der Verwendung eines Wechselstromnetztes als Wechselstromquelle ist im allgemeinen die Generatorspannung nicht verfügbar und man wird daher auf die Ausgangsspannung der Wechselstromquelle synchronisieren.
Zur Bestimmung der Pulsbreite, d. h. des zeidichen Abstandes zwischen Zündzeitpunkt und Löschzeitpunkt, enthält der Steuersatz 18 einen ebenfalls nicht näher dargestellten Stromregler. Dem Stromregler sind der Verbraucherstrom als Regelgröße und ein entsprechender Istwert als Führungsgröße zugeführt
Dem Steuersa'7 lg ist außerdem ein nicht dargestellter Leistungsfaktor-Regler angeordnet, der einen Meßwert des Leistungsfaktors mit einem entsprechenden Sollwert vergleicht Abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall kann hierdurch der Leistungsfaktor entweder optimiert werden, oder es kann ein beliebiger Wert eines induktiven oder kapazitiven. Leistungsfaktors eingestellt werden.
Der Steuersatz 18 bildet aus den Ausgangssignalen des beschriebenen Stromreglers und des beschriebenen Leistungsfaktor-Reglers der. Zündzeitpunkt und den Löschzeitpunkt für den Gleichstromsteller 11.
In der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist dem Gleichstromsteller 11 ein Kondensator 30 zur Speicherung der magnetischen Energie des Wechselstromnetzes zugeordnet Der Kondensator 30 ist so bemessen, daß die beim Löschvorgang des Gleichstromstellers 11 auftretende Spannungsspitze nicht zu groß wird. Der Gleichstromverbraucher 15 ist von zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten Freilaufventilen Fl und Fl überbrückt Der Kondensator 30 liegt zwischen der Eingängsklemme des Gleiehstromstellers 11 und dem Verbindungspunkt der beiden Freilaufdioden Fl und Fl.
Wenn der Gleichstromsteller Il gezündet wird und im Zündzeitpunkt die Spannung am Kondensators 30 höher ist als die Spannung der Wechselstrotnquelle 1, dann kann sich der Kondensator 30 über den Gleichstromsteller 11, die Last 15 und die Freilaufdiode F2 entladen. Sobald die Kondensatorspannung unter die Spannung der Wechselstromquelle 1 absinkt, übernehmen die Dioden D1 und D A im Gleichrichter 7 die Stromführung. Der Strom fließt über die Diode D1, den Gleichstromsteller U, die Last 15 und zurück über die Diode DA. Wenn der Gleichstromsteller 11 gelöscht wird, erzwingt die Induktivität 4 der Wechselstromquel-
to Ie ein Weiterfließen des Stromes über die Diode D1, den Kondensator 30, die Freilaufdiode Fl, die Last 15 und die Diode DA so lange, bis der Netzstrom abgeklungen ist und die Dioden Di und DA sperren. Die ma;gnetische Energie der Induktvität 4 wird vom
is Kondensator 30 aufgenommen. Im Lastkreis erzwingt die Lastinduktivität 17 einem Stromfluß über die beiden Freilauf dioden Fl und FZ Die Schaltungsmaßnahme, wonach der Kondensator 30 zwischen der Gingangsklemme des Gleiehstromstellers U und dem Verbindungspunkt de*· beiden Freilaufdioden Fl, F2 liegt, verhindert Oberwellenströme, die auft..rten wurden, wenn der Kondensator unmittelbar über d-c Gleichspannurigsausgänge des Gleichrichters 7 geschaltet wäre und mit der Induktivität 4 einen Schwingkreis bilden würde.
Im Schalend der Fig.2 sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 bezeichnet Ein drittes Freilaufventil F3 ist den beiden gleichsinnig in Reihe geschalteten Freilaufventilen Fl, F2 parallel
μ geschaltet Wenn der Gleichstromsteller 11 gezündet wird und im Zündzeitpunkt die Spannung am Kondensator 30 größer ist als die Spannung der Wechselstromquelle 1, so entlädt sich der Kondensator 30 über den Gleichstromsteller U, die Last 15 und die Freilaufdiode FZ. Sobald die Kondensatorspannung unter die Ausgangsspannung der Wechselstromquelle 1 sinkt, übernehmen die Dioden D i und DA im Gleichrichter 7 die Stromführung. Wenn der Gleichstromsteller 11 gelöscht wird, erzwingt die Induktivität 4 der Wechscistromquelle ein Weiterfließen des Stromes über die Diode Dl, den Kondensator 30, die Freilaufdiode Fl, die Lasi 15 und die Diode DA so lange, bis der Strom abgeklungen ist und die Dioden Di und DA sperren. Die Lastinduktivität 17 erzwingt einen Stromfluß über die Freilaufdiode F3. Die spezielle Anordnung des Kondensators 30 und der beiden Freilauf dioden Fl und 5"2 unterdrückt wiederum die Oberwellenströme und verhindert ihre Rückwirkung auf die Wechselstromquelle 1.
so In der Schaltungsanordnung der F i g. 2 ist nur eine hoch belastbare Freilaufdiode F3 erforderlich, die den vollen Laststrom aufnimmt Die beiden Freilaufdioden Fl und F2 werden wesentlich niedriger belastet und können entsprechend kleiner dimensioniert werden. In der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 sind dagegen zwei hoch belastbare und für den vollen Las-strom dimensionierte Freilaufdioden Fl, F2 erforderlich.
Wenn eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Speisung eines Elektromotors über einen Wechseleo richter verwendet wird, so ergibt sich der große Vorteil, daß im Gleichstromkreis keine Glättungsglieder benötigt werden. Dies ermöglicht einen Verzicht auf das sonst notwendige LC-Glättungsglied zwischen Gleichrichter und Gleichstromsteller bei einem Zwischenkreisumrichter zur Speisung »;ines Elektromotors.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

  1. Patentansprüche:
    1, Schaltungsanordnung zur Speisung eines Gleichstromverbrauchers aus einer Wechselstromquelle Ober einen ungesteuerten Gleichrichter mit einem zwischen dem Ausgang des Gleichrichters und dem Gleichstromverbraucher angeordneten Gleichstromsteller, dessen Steuersatz mit der Wechelstromquelle synchronisiert ist und den Leistungsfaktor auf einem vorgegebenen Wert, insbesondere ungefähr I, hält, sowie mit einem dem Gleichstromsteller zugeordneten Kondensator und mit wenigstens einer den Gleichstromverbraucher überbrückenden Freilaufdiode, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromverbraucher (15) mit zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten Freilaufdioden (Fl1 F2) überbrückt ist und daß der dem Gleichstromsteller (11) zugeordnete Kondensator (30) zwischen der Eingangsklemme (8) des Gleichstromsteüsrs und dem Verbindungspunkt der beiden Freilaufdioden (Fl, F2) liegt
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden in Reihe geschalteten Freilaufdioden (Fl1 F2) ein drittes Freilaufventil (F3) parallel geschaltet ist
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