DE2646745C3 - Circuit arrangement for feeding a DC voltage consumer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Speisung eines Verbrauchers mit einstellbarer Gleichspannung aus einem Wechselspannungsnetz, mit einem an das Wechselspannungsnetz angeschlossenen Stromrichter, der ausgangsseitig mit dem Verbraucher verbunden ist und der Stromrichterventile in Brücken-Schaltung umfaßt, von denen wenigstens die Stromrichterventile einer ersten Brückenhälfte steuerbar und zwangsweise löschbar sind, und mit einem Filterkondensator, der den netzseitigen Anschlußklemmen des Stromrichters parallel geschaltet ist Gesteuerte Stromrichterschaltungen werden bevorzugt eingesetzt als Eingangsschaltungen für fahrdrahtgespeiste Bahnantriebe mit Gleichstrom- oder Mischstrommotoren. Sie werden aber auch für umrichtergespeiste Antriebe, insbesondere mit Asynchronmotoren, verwendet, In all diesen Anwendungsfällen kommt es darauf an, daß die Gleichspannung am Verbraucher variabel ist und daß dem Wechselspannungsnstz ein möglichst oberschwingungsfreier Netzstrom, dessen Phasenlage zur Netzwechselspannung am Stromrichter einstellbar ist, entnommen wird.The invention relates to a circuit arrangement for supplying a load with adjustable DC voltage from an AC voltage network, with one connected to the AC voltage network Converter that is connected to the consumer on the output side and the converter valves in a bridge circuit includes, of which at least the converter valves of a first bridge half are controllable and are forcibly erasable, and with a filter capacitor that connects the mains-side terminals of the The converter is connected in parallel. Controlled converter circuits are preferably used as Input circuits for catenary-fed rail drives with direct current or mixed current motors. she but are also used for converter-fed drives, especially with asynchronous motors, In all In these applications it is important that the DC voltage at the consumer is variable and that the alternating voltage use a mains current that is as free from harmonics as possible, its phase position to the mains alternating voltage is adjustable on the converter, is taken.

Aus der DE-OS 21 59 387, insbesondere Fig. 11, ist eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bekannt, bei der eine Netzwechselspannung über einen Eingangstransformator über einen Gleichrichter undFrom DE-OS 21 59 387, in particular Fig. 11, a circuit arrangement of the type mentioned known, in which a mains AC voltage via an input transformer via a rectifier and

_>5 eine anschließende Drossel an einen Gleichstromverbraucher gelegt ist. Der Gleichrichter besteht aus Halbleiterventilen in Brückenschaltung, deren eine Brückenhälft-j steuerbar und zwangslöschbar, deren andere Erückenhälfte jedoch ungesteuert ist Der_> 5 a subsequent choke to a direct current consumer is laid. The rectifier consists of semiconductor valves in a bridge circuit, one of which Bridge half-j controllable and compulsorily erasable, but the other half of the bridge is uncontrolled

jo Gleichrichter arbeitet im Pulsbetrieb, um durch eine Annäherung des Stromes an die erwünschte Sinusform eine Erhöhung seines Grundschwingungsgehaltes bei hohen Leistungsfaktor (cos ρ) zu erreichen. Wegen der großen Netzinduktivitäten ist direkt parallel zu den netzseitigen Anschlußklemmen des Gleichrichters ein Filterkondensator angeordnet, der in Zusammenarbeit mit dem Wechselspannungsnetz die vom Gleichrichter verlangten pulsförmigen Netzströme liefert. Bremsbetrieb ist hierbei nicht möglich.jo rectifier works in pulsed mode to through a Approaching the current to the desired sinusoidal shape results in an increase in its fundamental oscillation content to achieve a high power factor (cos ρ). Because of the large network inductances it is directly parallel to the network-side terminals of the rectifier a filter capacitor arranged in cooperation supplies the pulse-shaped network currents required by the rectifier with the AC voltage network. Braking operation is not possible here.

Eine ähnliche Anordnung mit einem direkt parallel zum netzseitigen Stromrichtereingang geschalteten Filterkondensator, bei der allerdings beide Stromrichter-Brückenhälften steuerbar und zwangsiöschbar sind, ist auch aus ETS B, Band 28 (1976), Heft 10, Seiten 297 bis 300, insbesondere Bild 7, bekannt.A similar arrangement with a converter connected directly in parallel to the line-side converter input Filter capacitor, in which, however, both converter bridge halves can be controlled and forcibly deleted, is also known from ETS B, Volume 28 (1976), Issue 10, pages 297 to 300, in particular Figure 7.

Der Filterkondensator ist bei diesen bekannten Schaltungsanordnungen direkt parallel zum Eingang des Stromrichters und damit direkt parallel zum Wechselspannungsnetz geschaltet. Er stellt zusammen mit dem Wechselspar.nungsnetz und gegebenenfalls dem Eingangstransformator, die beide nennenswerte Induktivitäten aufweisen, einen schwingungsfähigen Kreis dar, in dem Schwingungen beträchtlicher Größe entstehen können. Schwingungen dieser Art sind höchst unerwünscht. Dabei ist es nicht möglich, den zwischen dem Wechselspannungsnetz und dem Filterkondensator fließenden Strom zu beeinflussen. Dieser Strom kann unzulässig hohe Werte erreichen. Schließlich fließt auch bei stillgesetztem Stromrichter, insbesondere auch beiIn these known circuit arrangements, the filter capacitor is directly parallel to the input of the converter and thus connected directly in parallel to the AC voltage network. He puts together with the alternating savings network and, if applicable, the input transformer, both of which are noteworthy Inductivities represent an oscillatory circuit in which oscillations of considerable magnitude can arise. Vibrations of this kind are highly undesirable. It is not possible to use the between to influence the AC voltage network and the filter capacitor current flowing. This stream can Reach impermissibly high values. Finally, flows even when the converter is shut down, in particular also when

ho Stillstand einer Fahranlage (z. B. Lokomotive), ein kapazitiver Netzstrom, der unnötigerweise das Wechselspannungsnetz belastet.ho standstill of a driving system (e.g. locomotive) capacitive mains current that unnecessarily loads the AC voltage network.

Man könnte daran denken, zwecks Vermeidung dieses kapazitiven Netzstroms bei Stillstand des Antriebs den Filterkondensator mittels eines Schalters ;r Mischalten, wie das für Oberwellenfilter in Stromrichtern für Lokomotiven (Zeitschrift »ZEV-Glas. Ann.« 100 (1976), Heft 2/3, Seiten 80 bis 87, insbesondere Bild 8)One could think of this in order to avoid this capacitive mains current when the Drive the filter capacitor by means of a switch; r mixed switching, like that for harmonic filters in converters for locomotives (magazine "ZEV-Glas. Ann." 100 (1976), issue 2/3, pages 80 to 87, especially Fig. 8)

bekannt ist Würde man sich hierbei in der bekannten Weise eines Schützes und einer Abschaltdrossel bedienen, so währe damit ein beträchtlicher Material- und Steueraufwand verbunden.is known one would here in the known way of a contactor and a cut-off choke operate, this would mean a considerable amount of material and tax expenses.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art unter Beibehaltung eines guten Leistungsfaktors und eines hohen Grundschwingungsgehalts im Netzstrom so auszugestalten, daß trotz Beibehaltung des Filterkondensators ein schwingungsfähiges Gebilde am netzsehigen Eingang -des Stromrichters vermieden wird und daß der Filterkondensator vom Wechselspannungsnetz abschaltbar ist Insbesondere bei abgeschaltetem Verbraucher und Stromrichter soll das Fließen eines kapazitiven Netzstroms verhindert werden.The object of the present invention is to provide a circuit arrangement of the type mentioned above Maintaining a good power factor and a high level of fundamental oscillation in the mains current like this to design that, despite the retention of the filter capacitor, an oscillatory structure on the network view Input of the converter is avoided and that the filter capacitor can be switched off from the AC voltage network, in particular when the consumer is switched off and converter, the flow of a capacitive mains current is to be prevented.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Filterkondensator über ungesteuerte Ventile, die in Längszweigen der Brückenschaltung liegen, an die netzseitigen Anschlußklemmen angeschlossen ist.This object is achieved according to the invention in that the filter capacitor has uncontrolled valves, which are in series branches of the bridge circuit, is connected to the network-side terminals.

Gemäß einer ersten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß der Filterkondensator der ersten Brückenhälfte zugeordnet ist, und daß die Stromrichterventile der zweiten Brückenhälfte steuerbare Stromrichterventile sind. Bei dieser Ausführungsform ist Energierückführung vom Verbraucher ins Wechselspannungsnetz möglich.According to a first embodiment it can be provided that the filter capacitor of the first Bridge half is assigned, and that the converter valves of the second bridge half are controllable converter valves are. In this embodiment, energy is returned from the consumer to the AC voltage network possible.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß der Filterkondensator der ersten Brückenhälfte zugeordnet ist, und daß die Stromrichterventile der zweiten Brückenhälfte ungesteuerte Stromrichterventile sind. Bei dieser Ausführungsform ist eiüe Energierücklieferung nicht möglich.According to a second embodiment it can be provided that the filter capacitor of the first Bridge half is assigned, and that the converter valves of the second bridge half are uncontrolled converter valves are. In this embodiment, energy return is not possible.

Gemäß einer dritten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß der Filterkondensator der ersten Brückenhälfte zugeordnet ist und daß die Stromrichterventile der zweiten Brückenhälfte steuerbare Stromrichterventile sind, die mit einer gemeinsamen Löscheinrichtung versehen sind. Hierbei kann die Löscheinrichtung einen Löschkondensator und zwei Sperrventile umfassen. Insbesondere kann so vorgegangen werden, daß jedes Sperrventil mit einem steuerbaren Stromrichterventil in der zweiten Brückenhälfte in Reihe geschaltet ist, und daß der Löschkondensator zwischen den beiden Verbindungspunkten von jeweils einem Sperrventil und einem steuerbaren Stromrichterventil angeschlossen ist.According to a third embodiment it can be provided that the filter capacitor of the first Bridge half is assigned and that the converter valves of the second bridge half are controllable converter valves which are provided with a common extinguishing device. The quenching device can have one quenching capacitor and two Include shut-off valves. In particular, the procedure can be that each shut-off valve with a controllable Converter valve in the second half of the bridge is connected in series, and that the quenching capacitor between the two connection points of a check valve and a controllable converter valve connected.

Gemäß einer vierten Ausführungsform sind auch die Stromrichterventil!: der zweiten Brückenhälfte der Brückenschaltung steuerbare und zwangsweise löschbare Stromrichterventile, und jeder Brückenhälfte ist ein Filterkondensator mit ungesteuerten Ventilen zugeordnet. Hierbei wird insbesondere die für das Filtern erforderliche Kapazität zur Hälfte jedem der beiden Filterkondensatoren zugeteilt und somit zur Häifte jeder der beiden Brückenhälften zugeordnet. Auch bei dieser Ausführungsform ist Energierücklieferung möglich. According to a fourth embodiment, the converter valve !: of the second bridge half are also the Bridge circuit controllable and forcibly erasable converter valves, and each bridge half is a Filter capacitor assigned with uncontrolled valves. This is particularly important for filtering Half of the required capacity is allocated to each of the two filter capacitors, and thus half assigned to each of the two bridge halves. Energy return is also possible in this embodiment.

Bei allen vier grundlegenden Ausführungsformen wird der Filterstrom in bekannter Weise so gesteuert, daß sich ein möglichst oberschwingungsarmer Netz- e>o strom ergibt, der in Phase Hi >.:>· Netzwechselspannung ist.In all four basic embodiments, the filter current is controlled in a known manner so that that a network with the lowest possible harmonics e> o results in the current in phase Hi>.:> · AC mains voltage is.

Als Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik wird es angesehen, daß der Filterkondensator nicht mehr Bestandteil eines unkontrollierbaren Schwingkreises unter Einschlusses des Wechselspannungsnetzes ist. Der Strom im Filterkondensator kann vielmehr durch die Steuerung des Stromrichters beeinflußt werden. Er kann höchstens gleich dem Laststrom werden, ist also begrenzt.It is regarded as an advantage of the invention over the prior art that the filter capacitor no longer part of an uncontrollable oscillating circuit including the AC voltage network is. The current in the filter capacitor can rather be controlled by the converter to be influenced. It can at most be equal to the load current and is therefore limited.

Weiterhin stellt der Filterkondensator, da er durch die beiden ungesteuerten Ventile vom 'Wechselspannungsnetz abgekoppelt und nur bei Betrieb der Stromrichterventile im Eingriff ist, keine unnötige kapazitive Belastung mehr für das Wechselspannungsnetz dar. Bei kleiner oder abgeschalteter Last wird somit ein kapazitiver Laststrom vermieden, und zwar ohne Einsatz von kostspieligen und wartungsbedürftigen Schützen und Steuergliedern.Furthermore, the filter capacitor is because it is connected to the AC voltage network by the two uncontrolled valves decoupled and only engaged when the converter valves are in operation, no unnecessary capacitive Load is more for the AC voltage network. When the load is small or switched off, a capacitive load current avoided, without the use of expensive and maintenance-requiring Contactors and control members.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werdem im folgenden anhand von 7 Figuren näher erläutert Gleiche Bauelemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigtEmbodiments of the invention are explained in more detail below with reference to 7 figures The same components are provided with the same reference symbols. It shows

Fi g. 1 eine erste Ausführungsform einer Schaltungsanordnung mit Filterkonde.nsator,Fi g. 1 shows a first embodiment of a circuit arrangement with filter condenser,

F i g. 2 eine zweite Ausführungsform einer solchen Schaltungsanordnung,F i g. 2 shows a second embodiment of such a circuit arrangement,

Fig.3 eine dritte Ausführungsform einer solchen Schaltungsanordnung,3 shows a third embodiment of such a Circuit arrangement,

Fig.4 eine vierte Ausführungsform einer solchen Schaltungsanordnung,4 shows a fourth embodiment of such a Circuit arrangement,

F i g. 5 ein Prinzipschaltbild für eine solche Schaltungsanordnung, F i g. 5 shows a basic circuit diagram for such a circuit arrangement,

F i g. 6 ein Zeigerdiagramm, in dem für einen Idealfall Ströme und Spannungen eingetragen sind, undF i g. 6 shows a vector diagram in which currents and voltages are entered for an ideal case, and

Fig. 7 vier Zeitdiagramme, in denen zur Schaltungsanordnung nach F i g. 1 gehörende Ströme und Spannungen eingetragen sind.Fig. 7 four timing diagrams in which the circuit arrangement according to FIG. 1 associated currents and voltages are entered.

In F i g. 1 ist eine erste Schaltungsanordnung dargestellt, bei der ein Gleichspannungs-Verbraucher 2 über einen Stromrichter 3 aus einem induktivitätsbehafteten Wechselspannungsnetz 4 gespeist ist. Der Mittelwert der am Gleichspannungs-Verbraucher 2 liegenden Gleichspannung ist dabei durch Steuerung des Stromrichters 3 einstellbar. Die Schaltungsanordnung ist insbesondere als Eingangsschaltung für einen fahrdrahtgespeisten Bahnantrieb mit einem oder mehreren Gleichstrom- oder Mischstrommotoren vorgesehen. Sie kann hierbei auch für einen umrichtergespeisten Antrieb mit einer oder mehreren Drehfeldmaschinen, insbesondere mit Asynchronmotoren, vorgesehen sein. In diesem Fall wird das Wechselspannungsnetz durch einen induktivitätsbehafteten Fahrdraht 5 repräsentiert, der von einem Unterwerk 6 gespeist ist. Es kann sich bei dem Wechselspannungsnetz 4 jedoch auch um ein örtliches Wechselspannungsnetz handeln. Die im Gleichstrom-Zwischenkreis liegende Glättungsdrossel 7 sorgt für einen geglätteten Verbrauchergleichstrom 12.In Fig. 1 shows a first circuit arrangement in which a DC voltage consumer 2 has a converter 3 is fed from an inductive AC voltage network 4. The mean the DC voltage applied to the DC voltage consumer 2 is controlled by the converter 3 adjustable. The circuit arrangement is in particular supplied as an input circuit for a contact wire Rail drive provided with one or more DC or mixed current motors. she can also be used for a converter-fed drive with one or more induction machines, be provided in particular with asynchronous motors. In this case, the AC voltage network is through represents an inductive contact wire 5 which is fed by a substation 6. It can be at however, the AC voltage network 4 can also be a local AC voltage network. The in The smoothing choke 7 located in the direct current intermediate circuit ensures a smoothed consumer direct current 12th

Die beiden netzseitigen Anschlußklemmen 8 und 9 des Stromrichters 3 sind über einen Eingangstransformator, dessen Induktivität durch eine Drossel 10 dargestellt ist, mit dem Wechselspannungsnetz 4 verbunden. Im folgenden wird davon ausgegangen, daß die Induktivität dieses Eingangstransformators und/ oder die Induktivität des Wechselspannungsnetzes 4 nennenswert ist.The two mains-side connection terminals 8 and 9 of the converter 3 are connected via an input transformer, the inductance of which is represented by a choke 10, with the alternating voltage network 4 tied together. In the following it is assumed that the inductance of this input transformer and / or the inductance of the AC voltage network 4 is noteworthy.

Der Stromrichter 3 ist so aufgebaut, daß dem Wechselspannungsnetz 4 bei geeigneter Ansteuerung ein weitgehend oberschwingungsfreier Netzstrom /1 entnommen werden kann. Dessen Phasenlage ist — in Bezug auf die Netzwechselspannung — einstellbar.The converter 3 is constructed so that the AC voltage network 4 with suitable control a largely harmonic-free mains current / 1 can be drawn. Its phase position is - in Reference to the AC mains voltage - adjustable.

Der Stromrichter 3 umfaßt vier Stromrichterventile 11 b, Mb, 13a, 14a, die in Brückenschaltung angeordnet sind. Dabei sind die beiden Stromrichterventile Wb, \2b der rechten Brückenhälfte, z. B. Thyristoren, zünd- undThe converter 3 comprises four converter valves 11b , Mb, 13a, 14a, which are arranged in a bridge circuit. The two converter valves Wb, \ 2b of the right half of the bridge, for. B. thyristors, ignition and

zwangsweise löschbar ausgeführt. Die Löschbarkeit, die durch eine bekannte Löschschaltung bewirkt werden kann, ist an den Stromrichterventilen 116, 126durch den Doppelstrich kenntlich gemacht. Die rechte Brückenhälfte wird im Betrieb der Schaltungsanordnung selbstgeführt gesteuert. Die beiden Stromrichterventile 13a, 14a der linken Brückenhälfte sind dagegen steuerbare Stromrichterventile, beispielsweise Thyristoren, denen keine eigene Löscheinrichtung zugeordnet ist Diese beiden Stromrichterventile 13a, 14a werden im Betrieb der Schaltungsanordnung netzgeführt gesteuert. Anstelle von Thyristoren könnten jeweils auch Transistoren eingesetzt werden.executed forcibly erasable. The erasability, which can be effected by a known erase circuit, is indicated on the converter valves 116, 126 by the double line. The right half of the bridge is self-controlled during operation of the circuit arrangement. The two converter valves 13a, 14a of the left half of the bridge, however, are controllable converter valves, for example thyristors, to which no dedicated extinguishing device is assigned. Instead of thyristors, transistors could also be used in each case.

Für den hier vorausgesetzten Pulsbetrieb des Stromrichters 3 ist es unerläßlich, daß ein Fiiterkondensator 20 vorgesehen ist. Dieser ermöglicht es erst, den Stromrichter 3 mit pulsförmigem Eingangsstrom zu betreiben. Vorliegend ist der Filterkondensator 20 über zwei ungesteuerte Ventile 21, 22, insbesondere Halbleiterdioden, an die netzseitigen Anschlußklemmen 8 und 9 angeschlossen. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die beiden Ventile 21,22 jeweils in einem Längszweig der Brückenschaltung liegen. Der Filterkondensator 20 ist dabei der rechten Brückenhälfte zugeordnet.For the pulsed operation of the converter 3 assumed here, it is essential that a filter capacitor 20 is provided. This only makes it possible to supply the converter 3 with a pulse-shaped input current operate. In the present case, the filter capacitor 20 is via two uncontrolled valves 21, 22, in particular semiconductor diodes, connected to terminals 8 and 9 on the mains side. The arrangement is like this taken that the two valves 21,22 are each in a series branch of the bridge circuit. The filter capacitor 20 is assigned to the right half of the bridge.

Im einzelnen ist die Schaltverknüpfung so getroffen, daß das ungesteuerte Ventil 21 im oberen Längszweig, und zwar in Reihe zwischen den Stromrichterventilen 13a und Wb, liegt. Weiterhin ist die Schaltverknüpfung so getroffen, daß das ungesteuerte Ventil 22 im unteren Längszweig, und zwar in Reihe zwischen den Stromrichterventilen 14a und 126, liegt. Der Filterkondensator 20 liegt somit zwischen den Kathoden der beiden ungesteuerten Ventile 21, 22 und damit auch zwischen den Anoden der beiden Stromrichterventile 116, 126. Die eine Anschlußklemme 8 befindet sich zwischen dem Stromrichterventil 13a und dem ungesteuerten Ventil 21, und die andere Anschlußklemme 9 befindet sich zwischen dem Stromrichterventil 14a und dem ungesteuerten Ventil 22.In detail, the switching link is made so that the uncontrolled valve 21 is located in the upper longitudinal branch, namely in series between the converter valves 13a and Wb . Furthermore, the switching link is made so that the uncontrolled valve 22 is located in the lower longitudinal branch, namely in series between the converter valves 14a and 126 . The filter capacitor 20 is thus between the cathodes of the two uncontrolled valves 21, 22 and thus also between the anodes of the two converter valves 116, 126. One terminal 8 is between the converter valve 13a and the uncontrolled valve 21, and the other terminal 9 is located between the converter valve 14a and the uncontrolled valve 22.

Infolge der Verwendung von steuerbaren Stromrichterventilen in den vier Brückenzweigen ist die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung auch für eine Energierücklieferung vom Gleichspannungs-Verbraucher 2 an das Wechselspannungsnetz 4 eingerichtet Der Stromrichter 3 kann folglich sowohl als Gleichrichter als auch als Wechselrichter arbeiten. Die Schaltungsanordnung kann somit auch zum elektrischen Abbremsen (Nutzbremsen) eines Antriebs herangezogen werden.As a result of the use of controllable converter valves in the four bridge branches, the in F i g. 1 shown circuit arrangement also for an energy return from the DC voltage consumer 2 set up to the AC voltage network 4 The converter 3 can consequently both as a rectifier as also work as an inverter. The circuit arrangement can thus also be used for electrical braking (Regenerative brakes) of a drive are used.

Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 sind die beiden Sirornrichterventile 13a, 14a netzgetaktet d. h. sie werden je nach der Polarität der Netzwechselspannung gezündet Bei Energielieferung aus dem Wechselspannungsnetz 4 an den Gleichspannungs-Verbraucher 2 erfolgt das Zünden des jeweiligen Stromrichterventils 13a, 14a im Nulldurchgang der Netzwechselspannung; bei Energierücklieferung in das Wechselspannungsnetz 4 muß die Wechselrichtertrittgrenze eingehalten werden. In the circuit arrangement according to FIG. 1, the two Sirorn funnel valves 13a, 14a are network-clocked d. H. they are ignited depending on the polarity of the alternating voltage when power is supplied from the alternating voltage network 4 to the DC voltage consumer 2, the respective converter valve is ignited 13a, 14a at the zero crossing of the AC mains voltage; when energy is returned to the AC voltage network 4 the inverter step limit must be adhered to.

Die Steuerung der Ausgangsspannung erfolgt durch wechselweises Zünden und Löschen der Stromrichterventile Wb, 126, und zwar in jeder Halbwelle der Netzwechselspannung bevorzugt mehrere Male.The output voltage is controlled by alternately igniting and extinguishing the converter valves Wb, 126, preferably several times in each half-cycle of the mains alternating voltage.

In Fig.2 ist eine zweite Schaltungsanordnung dargestellt, die weitgehend derjenigen in F i g. 1 entspricht Nur sind hier die beiden Stromrichterventile 13, 14 der linken Brückenhälfte als ungesteuerte Stromrichterventile, insbesondere Halbleiterdioden, ausgebildet. Die Stromrichterventile 116, 126 de rechten Brückenhälfte, der wiederum der Filterkonden sator 20 zugeordnet ist, werden selbstgeführt gesteuert Eine Energierücklieferung ist hier nicht möglich. Kan also auf die elektrische Abbremsung des Gleichspan nungs-Verbrauchers 2 unter Energierückspeisung ver ziehtet werden, so können die steuerbaren Strom richterventile 13a, 14a von F i g. 1 gemäß F i g. 2 auc durch ungesteuerte Stromrichterventile 13, 14 ersetzA second circuit arrangement is shown in FIG. 2, which largely corresponds to that in FIG. 1 corresponds. Only here the two converter valves 13, 14 of the left half of the bridge are designed as uncontrolled converter valves, in particular semiconductor diodes. The converter valves 116, 126 of the right half of the bridge, which in turn is assigned to the filter capacitor 20, are controlled automatically. An energy return is not possible here. Can thus be drawn to the electrical braking of the DC voltage consumer 2 with energy recovery ver, the controllable converter valves 13a, 14a of FIG. 1 according to FIG. 2 also replaced by uncontrolled converter valves 13, 14

ίο werden.ίο be.

In F i g. 3 ist eine dritte Schaltungsanordnung gezeig die wiederum weitgehend derjenigen in F i g. 1 ent spricht Die Stromrichterventile 13a, 14a der linkei Brückenhälfte sind als steuerbare Stromrichterventil ausgeführt und die Stromrichterventile 116, 126 sim steuerbar und zwangsweise löschbar. Der Filterkonden sator 20 ist wiederum der rechten Brückenhälft zugeordnet im Unterschied zu F i g. 1 sind hier di Stromrichterventile 13a, 14a der linken Brückenhälft zusätzlich mit einer gemeinsamen Löscheinrichtung 3 versehen. Diese Löscheinrichtung 32 umfaßt zwe ungesteuerte Sperrventile 33, 34 und einen Löschkon densator 35. Mit Hilfe des Löschkondensators 35 kam bei Zünden des Stromrichterventils 13a das Strom richterventil 14a gelöscht werden, und umgekehrt.In Fig. FIG. 3 shows a third circuit arrangement which in turn largely corresponds to that in FIG. 1 ent speaks The converter valves 13a, 14a on the left half of the bridge are controllable converter valves executed and the converter valves 116, 126 sim controllable and forcibly erasable. The filter capacitor 20 is in turn the right half of the bridge assigned in contrast to FIG. 1 are the converter valves 13a, 14a of the left bridge half additionally provided with a common extinguishing device 3. This deletion device 32 comprises two uncontrolled check valves 33, 34 and a Löschkon capacitor 35. With the help of the quenching capacitor 35 came when the converter valve 13a is ignited, the converter valve 14a is deleted, and vice versa.

Das eine Sperrventil 33 liegt hierbei im oberei Längszweig, und zwar zwischen dem Stromrichterventi 13a und dem ungesteuerten Ventil 21. Die Anschluß klemme 8 ist zwischen den Ventilen 33 und 2 herausgeführt. Im oberen Längszweig sind die Ventil 13a, 33, 21 und 116 in der angegebenen Reihenfolg miteinander in Reihe geschaltet Das andere Sperrvent 34 liegt im unteren Längszweig. Hier sind die Ventil 14a, 34, 22 und 126 in der angegebenen Reihenfolgf miteinander in Reihe geschaltet Die Anschlußklemme! ist zwischen den Ventilen 34 und 22 herausgeführtThe one check valve 33 is in this case in the upper longitudinal branch, namely between the converter valve 13a and the uncontrolled valve 21. The terminal 8 is led out between the valves 33 and 2. In the upper longitudinal branch the valves 13a, 33, 21 and 116 are connected in series with one another in the specified order. The other blocking valve 34 is located in the lower longitudinal branch. Here the valves 14a, 34, 22 and 126 are connected in series with one another in the specified order. is led out between the valves 34 and 22

Die rechte Brückenhälfte wird selbstgeführt betrie ben, während die linke Brückenhälfte netzgeführ gesteuert ist Hier ist wiederum eine Energierückspei sung möglich.The right half of the bridge is self-guided, while the left half of the bridge is mains-operated is controlled Here, in turn, energy recovery is possible.

Es wurde bereits erwähnt, daß bei der Schaltungsan Ordnung nach F i g. 1 bei Energierücklieferung in da Wechselspannungsnetz 4 die Wechselrichtertrittgrenz« beachtet werden muß. Die Einhaltung der Wechsel richtertrittgrenze stellt eine starke Einengung de Arbeitsbereichs beim Bremsbetrieb dar. Durch Einbai der Löscheinrichtung 32 bei der Schaltungsanordnunj gemäß Fig.3 kann demgegenüber die Aussteuerunj nun auch im Bremsbetrieb in einem größeren Arbeitsbe reich, und zwar bis 180°, erfolgen. Im Gleichrichterbe trieb (Fahrbetrieb) ist die Löscheinrichtung 32 wir kungslos.It has already been mentioned that in the circuit arrangement according to FIG. 1 for energy returns in da AC voltage network 4 the inverter step limit «must be observed. Compliance with the bills of exchange Richter step limit represents a strong restriction of the work area during braking of the extinguishing device 32 in the circuit arrangement according to FIG now also rich in braking in a larger Arbeitsbe, up to 180 °. In rectifier heritage drove (driving) is the extinguishing device 32 we inoperative.

In F i g. 4 ist eine vierte Schaltungsanordnung gezeig die ebenfalls weitgehend derjenigen in F i g. 1 ent spricht Hier sind jedoch nicht nur die Stromrichterven tile 116,126 der rechten Brückenhälfte, sondern auch di Stromrichterventile 136, 146 der linken Brückenhälft steuerbar und zwangsweise löschbar. Weiterhin ist hie jeder Brückenhälfte ein eigener Filterkondensator 20A 30i4 zugeordnet Der Filterkondensator 20A ist wie de Filterkondensator 20 bei Fig. 1 angeordnet Er ist de rechten Brückenhälfte zugeordnet Der Filterkondensa tor 3OA der linken Brückenhälfte verbindet d'n Kathoden der beiden Stromrichterventile 136, 14Z Dieser Filterkondensator 3OA ist ebenfalls über zwe ungesteuerte Ventile 23, 24 an die netzseitigei Anschlußklemmen 8 bzw. 9 angeschlossen. Jede ungesteuerte Ventil 23, 24 liegt dabei in einenIn Fig. FIG. 4 shows a fourth circuit arrangement which is also largely the same as that in FIG. 1 corresponds here, however, not only the converter valves 116, 126 of the right bridge half, but also the converter valves 136, 146 of the left bridge half can be controlled and forcibly deleted. Furthermore, each bridge half is assigned its own filter capacitor 20A 30i4 The filter capacitor 20A is arranged like the filter capacitor 20 in Fig. 1 It is assigned to the right bridge half The filter capacitor 3OA of the left bridge half connects d'n cathodes of the two converter valves 136, 14Z This filter capacitor 30A is also connected via two uncontrolled valves 23, 24 to the connection terminals 8 and 9 on the mains side. Each uncontrolled valve 23, 24 is in one

Längszweig der Brückenschaltung. Im oberen Längszweig sind die Ventile 13b, 23, 21, 116 und im unteren Längszweig sind die Ventile 14ft, 24, 22, 12ft jeweils in der angegebenen Reihenfolge miteinander in Reihe geschaltet. Die Brückenschaltung ist also symmetrisch aufgebautSeries branch of the bridge circuit. In the upper branch there are valves 13b, 23, 21, 116 and in the lower one The valves 14ft, 24, 22, 12ft are in series with one another in the specified sequence switched. The bridge circuit is thus constructed symmetrically

Die für eine einwandfreie Funktion der Schaltungsanordnung erforderliche Kapazität des Filters ist bei F i g. 4 gleichmäßig auf beide Filterkondensatoren 20/4, 30A aufgeteiltThe capacity of the filter required for the circuit arrangement to function properly is at F i g. 4 evenly divided between the two filter capacitors 20/4, 30A

Beide Brückenhälften werden selbstgeführt betrieben. Auch hier ist Rückspeisung von Energie vom Verbraucher 2 ins Wechselspannungsnetz 4 möglich.Both halves of the bridge are operated self-guided. Here, too, energy is fed back from the Consumer 2 in AC voltage network 4 possible.

Es ist festzuhalten, daß bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 4 die Steuerung durch wechselweises Zünden der Stromrichterventile lift, 12ft einerseits und wechelweises Zünden der Stromrichterventile 12ft, 13b andererseits erfolgt. Durch Verschieben des Zündimpulssystems für die Stromrichterventile 116, 126 bzw. 136,146 gegenüber der Netzwechselspannung kann die Phasenlage des Netzstromes /1 eingestellt werden, ebenso Motor- oder Generatorbetrieb. Die Zündimpulssysteme werden vorteilhafterweise so gegeneinander versetzt, daß sich für die Oberschwingungen des Netzstroms das Doppelte der Taktfrequenz jeder Brückenhälfte ergibt. Dadurch läßt sich der Filteraufwand für LC-Filter zur Begrenzung der Oberschwingungsströme verringern.It should be noted that in the circuit arrangement according to FIG. 4 the control by alternate ignition the converter valves lift, 12ft on the one hand and alternating ignition of the converter valves 12ft, 13b on the other hand takes place. By shifting the ignition pulse system for the converter valves 116, 126 or 136,146 in relation to the mains alternating voltage, the phase position of the mains current / 1 can be set, also motor or generator operation. The ignition pulse systems are advantageously so against each other offset that for the harmonics of the mains current twice the clock frequency of each Bridge half results. This allows the filter effort for LC filters to limit the harmonic currents to be reduced.

In F i g. 5 ist ein Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung nach den F i g. 1 bis 4 dargestellt. Im Idealfall soll dem Wechselspannungsnetz 4 ein sinusförmiger, oberschwingungsfreier Netzstrom /1 entnommen werden, der in Phase zur Netzwechselspannung UX liegt. Für die Spannungen und den Strom am Eingang des Stromrichters 3 ergibt sich unter dieser Bedingung ein Zeigerdiagramm, das in F i g. 6 dargestellt ist. Darin ist L/_Cdie Spannung am Filterkondensator 20 und ω L1 /1 der Spannungsabfall am Fahrdraht 5 und/oder am Eingangstransformator in Form der Drossel 10. Dabei ist mit ω die Kreisfrequenz der Netzwechselspannung UX und mit L1 die eingangsseitige Gesamtinduktivität bezeichnetIn Fig. 5 is a basic circuit diagram of the circuit arrangement according to FIGS. 1 to 4 shown. In the ideal case, a sinusoidal, harmonic-free mains current / 1 is to be drawn from the alternating voltage network 4, which is in phase with the mains alternating voltage UX . For the voltages and the current at the input of the converter 3, a phasor diagram results under this condition, which is shown in FIG. 6 is shown. L / _{C is} the voltage on the filter capacitor 20 and ω L 1/1 is the voltage drop on the contact wire 5 and / or on the input transformer in the form of the choke 10. Here, ω denotes the angular frequency of the AC mains voltage UX and L 1 denotes the total inductance on the input side

Der Netzstrom /1 liegt im genannten Idealfall parallel zur Netzwechselspannung UX. Um dieses zu erreichen, muß der Stromrichter 3 so gesteuert werden, daß sich am Filterkondensator 20 die Spannung U_c nach Amplitude und Phasenlage wie in F i g. 6 einstelltIn the ideal case mentioned, the mains current / 1 is parallel to the alternating mains voltage UX. In order to achieve this, the converter 3 must be controlled in such a way that the voltage U _c at the filter capacitor 20 varies in amplitude and phase as in FIG. 6 sets

Wie dies bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 erreicht werden kann, ist aus den Zeitdiagrammen in F i g. 7 ersichtlich. Diese Diagramme zeigen die Netzwechselspannung UX und den Netzstrom IX As is the case with the circuit arrangement according to FIG. 1 can be achieved is from the timing diagrams in FIG. 7 can be seen. These diagrams show the AC line voltage UX and the line current IX (Fig.7a), die Lastspannung U2 und den Laststrom /2 (F i g. 7b), die Spannung U_c und den Filterkondensator-Strom Ic am Filterkondensator (F i g. 7c) sowie den Ventilstrom /21 des ungesteuerten Ventils 21 (Fig. 7d) jeweils in Abhängigkeit von der Zeit t. (FIG. 7a), the load voltage U2 and the load current / 2 (FIG. 7b), the voltage U _c and the filter capacitor current Ic at the filter capacitor (FIG. 7c) and the valve current / 21 of the uncontrolled valve 21 (Fig. 7d) each as a function of time t.

In der positiven Halbwelle der Netzwechselspannung ist das Stromrichterventil 14a und in der negativen Halbwelle ist das Stromrichterventil 13a eingeschaltet. Die Zündung dieser Ventile 14a, 13a ist also netzgeführt. In jeder dieser Halbwellen werden die beidenThe converter valve 14a is in the positive half cycle of the AC mains voltage and in the negative half The converter valve 13a is switched on half-wave. The ignition of these valves 14a, 13a is therefore network-controlled. In each of these half-waves, the two Stromrichterventile life, 12ft der rechten Brückenhälfte mehrere Male abwechselnd gezündet und gelöscht. Dadurch ergibt sich nach F i g. 7b eine Lastspannung i/2, die eine sinusförmige Hüllkurve entsprechend der Netzwechselspannung UX mit einer Anzahl vonConverter valves life, 12ft of the right half of the bridge, ignited and extinguished alternately several times. According to FIG. 7b, a load voltage i / 2, which has a sinusoidal envelope curve corresponding to the mains alternating voltage UX with a number of Einschnitten unterschiedlicher Breite aufweist Die Breiten der einzelnen Spannungszeitflächen sind dabei sinusförmig verteilt. In der ersten Halbwelle z. B. ist eine Spannungszeitfläche durch gleichzeitige Zündung der Ventile lift und 14a und ein Einschnitt (Pause) durchHas incisions of different widths The widths of the individual stress-time areas are distributed sinusoidally. In the first half wave z. B. is a Tension time area through simultaneous ignition of the valves lift and 14a and an incision (pause) through gleichzeitige Zündung der Ventile 126 und 14asimultaneous ignition of valves 126 and 14a gekennzeichnet Das Puls-Pausen-Verhältnis, d.h. dermarked The pulse-pause ratio, i.e. the

Abstand ft der einzelnen Spannungsimpulse oder dieDistance ft of the individual voltage pulses or the Breite ft der Einschnitte, ist steuerbar.Width ft of the incisions is controllable. Aus F i g. 7c ist ersichtlich, daß im FilterkondensatorFrom Fig. 7c it can be seen that in the filter capacitor

20 dann, wenn das Stromrichterventil 126 Strom führt, der Strom /1 und dann, wenn das Stromrichterventil lift führt, der Strom -(/2-/1) fließt20 when the converter valve 126 carries current, the current / 1 and then, when the converter valve lift leads, the current - (/ 2- / 1) flows

Durch ein geeignetes Steuerverfahren werden die Zündzeitpunkte der Stromrichterventile lift, 12ftThe ignition times of the converter valves lift, 12ft abwechselnd so gesteuert daß sich am Filterkondensator 20 die Kondensatorspannung U_c nach Amplitude und Phasenlage wie in F i g. 6 ergibtalternately controlled so that the capacitor voltage U _c at the filter capacitor 20 varies according to amplitude and phase position as in FIG. 6 results

Weiterhin ist aus Fig.7d ersichtlich, daß das ungesteuerte Ventil 21 immer Strom führt DieseIt can also be seen from Figure 7d that the uncontrolled valve 21 always carries current This Aussage gilt auch für das ungesteuerte Ventil 22. Wird der Gleichspannungs-Verbraucher 2 abgeschaltet, z. B. durch Öffnen eines (nicht gezeigten) Lastschalters oder durch Sperren der Zündimpulse für die Stromrichterventile lift, 12ft, kann wegen der Sperrwirkung derThe statement also applies to the uncontrolled valve 22. Will the DC voltage consumer 2 switched off, z. B. by opening a load switch (not shown) or by blocking the ignition pulses for the converter valves lift, 12ft, because of the blocking effect of the Ventile 21, 22 kein Strom I₀ im Filterkondensator 20 fließen. Es kann daher bei abgeschaltetem Verbraucher 2 auch kein kapazitiver Netzstrom /1 fließen.Valves 21, 22 no current I ₀ flow in the filter capacitor 20. Therefore, when consumer 2 is switched off, no capacitive mains current / 1 can flow either.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (9)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Schaltungsanordnung zur Speisung eines Verbrauchers mit einstellbarer Gleichspannung aus einem Wechselspannungsnetz, mit einem an das Wechselspannungsnetz angeschlossenen Stromrichter, der ausgangsseitig mit dem Verbraucher verbunden ist und der Stromrichterventile in Brückenschaltung umfaßt, von denen wenigstens die Stromrichterventile einer ersten Brückenhälfte steuerbar und zwangsweise löschbar sind, und mit einem Filterkondensator, der den netzseitigen Anschlußklemmen des Stromrichters parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkondensator (20; 2OA 30A) über ungesteuerte Ventile (21,22; 23,24), die in Längszweigen der Brückenschaltung liegen, an die netzseitigen Anschlußklemmen (8,9) angeschlossen sind.1.Circuit arrangement for supplying a consumer with adjustable direct voltage from an alternating voltage network, with a converter connected to the alternating voltage network, which is connected on the output side to the consumer and which comprises converter valves in a bridge circuit, of which at least the converter valves of a first bridge half can be controlled and forcibly deleted, and with a filter capacitor which is connected in parallel to the line-side connection terminals of the converter, characterized in that the filter capacitor (20; 20A 30A) is connected to the line-side via uncontrolled valves (21, 22; 23, 24) which are in series branches of the bridge circuit Terminals (8,9) are connected. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkondensator (20) der ersten Brückenhälfte zugeordnet ist, und daß die Stromrichterventile (13a, 14a) der zweiten Brückenhälfte steuerbare Stromrichterventile sind (F i g. 1).2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the filter capacitor (20) is assigned to the first bridge half, and that the converter valves (13a, 14a) of the second bridge half are controllable converter valves (F i g. 1). 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkondensalor (20) der ersten Brückenhälfte zugeordnet ist, und daß die Stromrichterventile (13, 14) der zweiten Brückenhälfte ungesteuerte Stromrichterventile sind (F ig-2).3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the filter condenser (20) of the is assigned to the first half of the bridge, and that the converter valves (13, 14) of the second half of the bridge uncontrolled converter valves are (Fig-2). 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkondensator (20) der ersten Brückenhälfte zugeordnet ist, und daß die Stromrichterventile (13a, 14a,) der zweiten Brückenhälfte steuerbare Stromrichterventile sind, die mit einer gemeinsamen Löscheinrichtung (32) versehen sind (F i g. 3).4. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the filter capacitor (20) is assigned to the first bridge half, and that the converter valves (13a, 14a,) of the second bridge half are controllable converter valves which are provided with a common extinguishing device (32) ( Fig. 3). 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Löscheinrichtung (32) einen Löschkondensator (35) und zwei Sperrventile (33, 34) umfaßt (F ig. 3).5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the quenching device (32) has a Quenching capacitor (35) and two check valves (33, 34) includes (Fig. 3). 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sperrventil (33, 34) mit einem steuerbaren Stromrichterventil (13a, \4a) in der zweiten Brückenhälfte in Reihe geschaltet ist, und daß der Löschkondensator (35) zwischen den beiden Verbindungspunkten von jeweils einem Sperrventil (33, 34) und einem steuerbaren Stromrichterventil (13a, 14a,} angeschlossen ist (F i g. 3).6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that each shut-off valve (33, 34) is connected in series with a controllable converter valve (13a, \ 4a) in the second bridge half, and that the quenching capacitor (35) between the two connection points of each a shut-off valve (33, 34) and a controllable converter valve ( 13a, 14a,} is connected (FIG. 3). 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Stromrichterventile der zweiten Brückenhälfte der Brückenschaltung steuerbare und zwangsweise löschbare Stromrichterventile sind und daß jeder Brückenhälfte ein Filterkondensator (20-4, 30A) mit ungesteuerten Ventilen (21,22; 23,24) zugeordnet ist (F i g. 4).7. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the converter valves of the second bridge half of the bridge circuit are controllable and compulsorily erasable converter valves and that each bridge half has a filter capacitor (20-4, 30A) with uncontrolled valves (21,22; 23,24) is assigned (Fig. 4). 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Filterkondensatoren (20/4,30/4,J gleich groß bemessen sind (F i g. 4).8. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that both filter capacitors (20 / 4.30 / 4, J are the same size (Fig. 4). 9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als ungesteuerte Ventile (21, 22; 23, 24) Halbleiterdioden vorgesehen sind.9. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that as uncontrolled valves (21, 22; 23, 24) semiconductor diodes are provided.