SE431601B - Stromriktaranordning med forcerad kommutering - Google Patents

Description

20 25 30 35 '2 kommuteringskrets som innefattar kommuteringskondensatorerna CK1, CK2 samt kommuteríngsinduktorerna LK1, LK2. De båda kondensatorerna är i serie med varandra anslutna mellan bryggans likspänningsanslutningar PD och ND. Var och en av kommuteringsinduktorerna är ansluten mellan en av skenorna P och N samt en av vâxelriktarens likspänningsanslutningar PD och ND. Varje fas- grupp har två antiparallellkopplade kommuteringstyristorer, vilka är anslutna mellan kommuteringskondensatorernas hopkopplingspunkt och fasgruppens fas- uttag. Kommuteringstyristorerna för fasgruppen R är betecknade med KR1 ooh KR2, och kommuteringstyristorerna För de båda andra fasgrupperna på motsva- rande sätt. Kommuteringstyristorerna styrs på i och för sig känt sätt så att omladdning av kommuteringskondensatorerna och släckning av varje fasgrupps tyristorer kan åstadkommas vid önskade tidpunkter under varje period. Växel- riktaren styrs på sådant i och för sig känt sätt att varje fasgrupp avger en rektangelformad spänning på sitt fasuttag med 1800 varaktighet. De tre fas- grupperna styrs med 1200 inbördes fasförskjutning. Eventuellt kan, på i och för sig känt sätt, varje fasgrupps spänning styras till önskad amplitud och!- eller till att närmare approximera sínusform genom att den pulsbreddmoduleras med hjälp av extra kommuteringar inom varje halvperiod.

En líkspänningskondensator CD är ansluten mellan växelriktarens likspännings- anslutningar PD och ND och utgör glättningskondensator för mellanledslikspän- ningen.

En tvâpol TP med induktiv impedans bildas av diodlikriktarbryggan DB som har en glättningsinduktor på sin likströmssida. Diodbryggans växelspänningsanslut- ningar är avsedda för anslutning till ett icke visat trefasigt växelspännings~ nät. Tvåpolens anslutningspunkter A och B är anslutna till växelriktarens lik- spänningsanslutningar PD och ND. Alternativt kan givetvis diodbryggan DB vara enfasig eller ersättas av en en- eller Flerfasig tyristorströmriktare eller 1 annan líkspänningskälla.

Vid strömriktaranordningar av detta slag utgörs förlusterna till en väsentlig del av förluster i kommuteringsinduktorerna LK1 och LK2.

I figur 1A visas representativa kurvformer för strömriktaren vid drift i tom- gång. Kurvorna betecknade R, S och T visar styrorderna till styrpulsdonet under en period. Vid order om ändring av en fas (t ex R) sker en omsvängning av kondensatorn därigenom att en släcktyristor (KR1 eller KR2) ges styrpuls.

En ström uppstår genom dioden som är antiparallellkopplad med den tyristor C ßsgiggpeaev 'ä ,, 1 x ï -wrifv «~ - 10 20 25 30 lQ0339$~¥ som skall släckas, varvid denna återhämtar sig, dvs återfår sin blockspän- ningsförmåga. Omsvängningen fullbordas genom att den pågående huvudtyristorn ges puls, varvid en andra strömbubbla uppstår, så att kondensatorn görs be- redd att genomföra nästa kommutering.

Uppfinningen avser att åstadkomma en strömriktaranordning av inledningsvis angivet slag, vilken har väsentligt lägre förluster än tidigare kända ström- riktaranordningar av detta slag.

Vad som kännetecknar en strömriktaranordning enligt uppfinningen framgår av bifogade krav.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till bifo- gade figurer, där fig 1 visar den ovan-beskrivna tidigare kända strömriktar- anordningen, fig 2 visar en strömriktaranordning enligt uppfinningen, fig 3 visar uppfinningen tillämpad vid en så kallad nätströmriktare, t ex vid asynkronmotorlokomotiv, fig 4 visar uppfinningen tillämpad på en frekvens- omriktare för matning från ett enfasigt nät, fig 5 visar uppfinningen tilläm- pad vid en växelriktare med separata kommuteringskondensatcrer för varje ran- grupp, och fig 6 visar uppfinningen tillämpad på en annan variant av växel- riktare med separata kommuteringskondensatorer för varje fasgrupp.

Pig 2 visar uppfinningen tillämpad vid en växelriktare av det i fig 1 visade slaget. Strömriktaren innehåller samma komponenter som den i fig 1 visade anordningen, och de är betecknade på samma sätt. Enligt uppfinningen är kläm- mor-na A och B hos tvåpolen TP, som består av likriktarbryggan DB med glätt- ningsinduktorn LD, direkt anslutna till växelriktarens båda skenor P och N.

Kommnteringskretsen med induktorerna LK1 och LK2 och kondensatorerna CK1 och CK2 kommer därigenom att ligga ansluten till skenorna P och N parallellt med tvåpolen. Strömriktaranordningens styrning och funktion är densamma som hos den i fig 1 visade kopplingen. Vid anordningen enligt fig 2 erhålles den väsentliga fördelen att strömriktaranordningens belastningsström icke kommer att genomflyta kommuteringsinduktorerna LK1 och LK2. Härigenom erhålles en kraftig minskning av strömriktaranordningens förluster, vilket har stor eko- nomisk och praktisk betydelse.

Pig 1 visar uppfinningen tillämpad på en så kallad nätströmriktare, exempel- vin För wnvnkrnnmntorluk rllvr andra mntordriflvr. Strömriktnrrn SRI har tvi Fnsgruppor, men är i övrigt uppbyggd på samma sätt och har samma komponenter (med samma komponentbeteckningar) som de i fig 1 och 2 visade växelriktarna.

UIQ gm 10 20 30 35 8203898-5 4 Strömriktarens båda fasuttag R och S är avsedda för anslutning till ett en- fasigt växelströmsnät, exempelvis ett banmatningsnät med frekvensen 16 2/3 Hz.

Strömriktaren har vidare två líkströmsuttag C och D, till vilka exempelvis en växelriktare för matning av en asynkronmotor med variabel frekvens kan an- slutas. Vid enfasiga strömriktare av detta slag uppstår en likspänningssidig växelströmskomponent med hög amplitud, vilken vid tidigare kända strömriktare har genomflutit kommuteringsinduktanserna och gett upphov till höga förluster i dessa. I mellanledet, dvs mellan klämmorna C och D, har därvid ett till dubbla frekvensen hos växelspänningsnätet avstämt seriefilter varit anslutet.

Enligt uppfinningen är nu det avstämda seriefíltret, vilket består av filter- induktorn LP och filterkondensatorn CF, anslutet direkt till strömriktarens SR1 skenor P och N. Seriefiltret LF-CF utgör alltså en tvåpol med klämmorna A och B, vilka är direkt förbundna med skenorna P och N. Mellan denna tvåpol och strömriktarskenorna flyter en växelström med en amplitud som är av samma ntorlcksordning som strömriktarens belastningsström. Vid den nu beskrivna strömriktaranordningen enligt'uppfinningen kommer denna växelström icke att genomflyta kommuteríngsinduktorerna, vilka därmed endast genomflyts av lik- komponenten av strömriktarens belastningsström. På detta sätt erhålles en kraftig minskning av förlusterna i induktorerna och därmed en väsentlig minsk- ning av strömriktaranordningens totala förluster.

Fig N visar en frekvensomriktare enligt uppfinningen. Tvåpolen TP innefattar i detta fall en tyristorströmriktarbrygga TB med en glättningsinduktor LK.

Bryggans växelspänningsanslutningar är avsedda för anslutning till ett fler- fasigt växelströmsnät, exempelvis med frekvensen 50 Hz. Strömriktaren SR 1 är en enfasíg strömriktare med forcerad kommutering, vilken är uppbyggd på identiskt samma sätt som den 1 fig 3 visade strömriktaren SR1. Fasuttagen R och S hos strömriktaren SR1 är avsedda för anslutning till ett enfasigt växel- spänningsnät, exempelvis ett Éanmatningsnät med frekvensen 16 2/3 Hz. Efter- som strömriktaren SR1 är enfasig uppstår kraftiga effektpulsationer med en frekvens som är dubbla frekvensen hos det till uttagen R och S anslutna en- fasiga växelspänningsnätet (33 Hz). Den av dessa effektpulsationer orsakade växelströmskomponenten med hög amplitud tas om hand av det av induktorn LF och kondensatorn CF bestående till 33 Hz avstämda seriefiltret, vilket är visat såsom ingående i tvåpolen TP. Uppfinningen medför i detta fall att varken strömriktarens belastningsström eller den växelströmskomponent med hög amplitud som flyter mellan filtret och skenorna P och N kommer att genom- flyta kommuteríngsinduktorerna LK1 och LK2. Uppfinningen medför därför även i detta fall en kraftig minskning av förlusterna hos anordningen. 10 15 20 25 m 30 5' Fíg 5 visar uppfinningen tillämpad på en strömriktaranordning, vilken 1 huvudsak är utförd som den i rig 2 visade, men där i växelriktaren SR1 varje fasgrupp är försedd med separata kommuteringskondensatorer. Varje fasgrupp har två seriekopplade kommuteríngskondensatorer, t ex CKR1 och CKR2 för fas- gruppen R, vilka är anslutna mellan två skenor PK och NK. Kommuteringsinduk- torn LK1 är i detta fall ansluten mellan likspänningsanslutningen PD och skenan P samt kommuteringsinduktorn LK2 mellan likspänningsanslutningen ND och skenan N. Samma fördelar erhålles i detta fall, nämligen att belastnings- strömmen icke kommer att genomflyta kommuteringsinduktorerna, varigenom ström- riktaranordningens förluster kraftigt nedbringas.

Fig 6 visar uppfinningen tillämpad på en strömriktaranordning där strömrik- taren SR1 liksom den i fig 5 visade är försedd med separata kommuteringskon- densatorer för varje fasgrupp. I detta fall är de båda kommuteringstyristo- rerna i varje fasgrupp, t ex KR1 och KR2, seriekopplade med varandra och an- slutna till strömriktarens likspänningsanslutningar ÉD och ND. Kommuterings- kondensatorn, t ex CKR, 1 varåe fasgrupp är ansluten mellan kommuteringstyris- torernas hopkopplingspunkt och fasuttaget. Samma fördelar erhålles som vid den i fig 5 visade strömriktaranordningen.

De ovan visade utföringsformerna är endast exempel och andra utföranden av en strömriktaranordning är tänkbara inom ramen för uppfinningen.

Exempelvis kan "den första strömriktaren“ (SR1) och dess kommuteringskrets utföras på andra sätt än de ovan beskrivna. Vidare kan antiparallellkoppling- arna av en tyristor och diod i varje fasgrupp ersättas av andra komponenter, exempelvis s k "reverse conducting thyristors". Likaså kan den induktiva två- polen utgöras av andra aktiva eller passiva objekt än de ovan visade exemplen (en strömriktare med glättningsinduktor resp ett avstämt filter). I det fall tvåpolen utgöres av en strömriktare med glättningsinduktor kan antingen, såsom ovan beskrivits, glättningsinduktorn placeras i strömriktarens likströmstilled- ningar eller alternativt utgöras av en induktans eller induktor i var och en _ av strömriktarens växelspänningstilledningar. "ll '- 3 få" .\,nr»ß~ M1 nu» my, _.

Claims (6)

PATENTKRAV

1. Strömriktaranordning innefattande en likspänningskondensator (CD) samt en första strömriktare (SR1) som har minst två fasgrupper med forcerad kom- mutering. Varje fasgrupp har två seriekopplade grenar (t ex TR1, DR1 resp TR2, DR2), vilkas hopkøpplingspunkt utgör gruppens fasuttag (R). Varje gren innefattar en i ena riktningen styrbar och 1 andra riktningen ledande halv- ledaranordning (t ex TR1, DR1). Fasgrupperna är parallellt med varandra an- slutna mellan två skenor (P, N)._Två för fasgrupperna gemensamma kommuterings- induktorer (LK1, LK2) är anslutna mellan var och en av sksnorna och likspän- ningskondensatorn. Strömriktaranordningen innefattar dessutom en tvåpol (TP) med vid högre frekvenser induktiv impedans, vilken är ansluten till ström- riktaren för energitransport mellan tvâpolen och strömriktaren. Strömriktaranordningen k ä n n e t e c k n a s av att tvåpolen är ansluten direkt till skenorna hos strömriktaren.

2. Strömriktaranordníng enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att tvåpolen innefattar en med glättningsinduktor (LD) försedd andra strömrik- tare (DB).

3. Strömriktaranordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d därav. att den andra strömriktaren (DB) är en nåtkommuterad strömriktare med växel- strömsuttag för anslutning till ett växelströmsnät och likströmsuttag för an- slutning till skenorna hos den första strömriktaren. Ä.

4. Strömriktaranordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att en glättningsinduktor (LD) är ansluten till den andra strömriktarens lik- strömsuttag.

5. Strömriktaranordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att varje fasgrupp är försedd med separata kommuteringskondensatorer (t ex CKR1, CKR2).

6. Strömriktaranordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att tvåpolen innefattar ett avstämt filter (CF, LF).