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Selbstgeführter Wechselrichter mit Reihenkondensator
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Wie weiter bekannt ist, ermöglichen diese Kondensatoren nicht nur die Kommutierung, sondern sind ausserdem wesentlich mitbestimmend für die Kurvenform des erzeugten Wechselstromes.
Aber die geschilderte Funktion der Kondensatoren zur Lieferung der für die Kommutierung erforderlichen Gegenspannung schliesst es unter den üblicherweise gegebenen Umständen aus, zu den Gasentladungsstrecken ungesteuerte Ventile unmittelbar antiparallel zu schalten, da ein Teil dieser Gegenspannung am Ende der Kommutierung als Sperrspannung erscheint.
Die Verhältnisse werden indessen anders, wenn es gelingt, den Wechselstromkreis des Wechselrichters in Verbindung mit dem Kondensator so zu gestalten, dass die Anodenströme der Gasentladungsstrecken von selbst durch Null gehen. Von dieser Erkenntnis geht die Erfindung aus, die sich auf einen selbstgeführten Wechselrichter mit einem Belastungskreis bezieht, zu welchem ein Kondensator in Reihe geschaltet ist.
Sie stellt eine Anordnung dar, durch die die gestellte Aufgabe lediglich durch eine Schaltungsmassnahme gelöst wird.
Die Erfindung sieht für selbstgeführte Wechselrichter mit einem zur Belastung in Reihe geschalteten Kondensator, vorzugsweise zur Erzeugung von Mittelfrequenz-Wechselströmen vor, dass den aus Gasentladungsventilen oder steuertechnisch ähnlich wirkenden Halbleiterventilen gebildeten steuerbaren Ventilen des Wechselrichters ungesteuerte Ventile direkt antiparallel geschaltet und dass der mit der Belastung in Reihe geschaltete Kondensator und die gegebenenfalls durch zusätzliche Induktivitäten ergänztelmpedanz der Belastung so bemessen sind, dass sie einen Schwingungskreis bilden, der eine unterhalb der aperiodischen Dämpfung liegende Dämpfung aufweist und eine Schwingungsdauer ein wenig unterhalb der Periodendauer des zu erzeugenden Wechselstromes besitzt,
so dass der Strom jedes gesteuerten Ventiles spätestens nach Durchlaufen einer Halbschwingung durch Null geht.
Unter Halbleiterventilen, die steuertechnisch ähnlich wirken wie Gasentladungsventile, sollen die auf Halbleiterbasis aufgebauten Vierschichtentrioden verstanden werden, bei denen die Löschung eines Stromes nur durch Stromnulldurchgang eintreten kann.
Ein Beispiel eines derartigen Wechselrichters ist in Fig. 1 dargestellt. Dieses bezieht sich auf einen zweipulsigen Wechselrichter in der Brückenschaltung mit steuerbaren Gasentladungsventilen, denen Halbleiterventile antiparallel geschaltet sind. Die Strom-und Spannungsverläufe in diesem Wechselrichter sind in Fig. 2 veranschaulicht. I
In Fig. l sind 1 und 2 die Anschlussklemmen für die Gleichspannung Uo. Der Belastungsstromkreis der
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rät St erzeugt werden. Dieses bestimmt die Höhe des Wechselstromes, der den zwischen den Klemmen 3 und 4 liegenden Belastungsstromkreis durchfliesst. Der Gleichstrom, der jeweils das eine oder andere Ventilpaar durchfliesst ; ist mit ig, der aus ihm gebildete Wechselstrom im Belastungsstromkreis mit iw bezeichnet.
Der Belastungsstromkreis besteht aus dem ohmschen Widerstand R, der als Drosselspule dargestellten Induktivität L und dem Kondensator C. In Reihe mit diesen Belastungselementen liegt ein Stromwandler W, dessen Sekundärwicklung mit dem Steuergerät St verbunden ist.
Bei gegebenem Wert des ohmschenWiderstandes R ist nun erfindungsgemäss die Bemessung der Induktivität L und des Kondensators C so gewählt, dass der Belastungskreis einen gedämpften Schwingungskreis darstellt, dessen Dämpfung unterhalb der periodischen Dämpfung liegt. Hiezu muss bekanntlich
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sein. Ferner sind die Grössen R, L und C so aufeinander abgestimmt, dass die Schwingungsdauer des Belastungskreises etwaskleiner ist als die Periodendauer des zu erzeugenden Wechselstromes bzw. der Steuerimpulse der Entladungsgefässe. Wird die Schwingungsdauer des Belastungskreises mit Tb und die Perioden-
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Ferner ist, wenn f die Frequenz des Wechselstromes bedeutet,
Tw = l/f.
ZurErzielung eines stationären Betriebes des Wechselrichters muss nun Tb um so viel kleiner sein als Tw, dass der Wechselstrom periodisch wird, d. h. seine positiven und negativen Halbwellen gleich gross sind. Hiezu ist, wie Fig. 2 erkennen lässt, notwendig, dass beispielsweise die Augenblickswerte des Wechselstromes iw am Anfang und Ende einer Wechselspannungshalbwelle Uw entgegengesetzt gleich sind. Für die Einhaltung dieser Bedingung lässt sich bei einer schwachen Dämpfung, deren Mass durch y = R/2L ge-
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durchgang, worauf im Zeitpunkt t3 wieder das erste Ventilpaar gezündet wird. Da die Gleichspannung Uo zeitlich konstant ist, ist die zugehörige Wechselspannungskurve Uw rechteckförmig.
Der Gleichstrom ig enthält dieselben, nur in ständig gleicher Richtung verlaufenden Kurvenelemente wie der Wechselstrom
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spannung ausbilden. Da diese Stromanteile relativ klein sind, können die Halbleiterventile für einen kleinen Strom ausgelegt sein.
Während der Stromflussdauer der antiparallelgeschalteten Halbleiterventile können die Steuergitter der stromlosen Gasentladungsventile ihre Sperrfähigkeit wiedererlangen, so dass bei Zündung des nächsten Ventilpaares im Zeitaugenblick t das stromlos gewordene Ventilpaar nicht durchzünden kann.
Durch Vergrössern der Zeitdifferenz A t = t-t erhöht sich die voreilende Phasenverschiebung des Wechselstromes gegenüber der rechteckförmigen Wechselspannung. Die Zeitdifferenz A t steht aber in einem festen Zusammenhang mit der Frequenz f. Infolgedessen kann durch Änderung der Zeitdifferenz A t der Scheinwiderstand der Belastung und damit die abgegebene Leistung verändert werden. Ebenso kann bei sich änderndem ohmschen Widerstand R die Leistungsabgabe durch gleichzeitige Änderung der Zeitdifferenz At konstant gehalten werden.
Die Steuerung des Zeitintervalles kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass im Augenblick des durch den Wandler W erfassten Nulldurchganges des Belastungsstromes iw eine monostabile Kippstufe angesteuert wird, die dann um die Zeit A t verzögert in ihre stabile Ausgangslage zurückkippt und dabei über VerstÅarkungsglieder einen kurzen Zündimpuls auf die Gitter der nun zur Stromführung bestimmten Stromrichtergefässe gibt. Durch Änderung der zeitbestimmenden Grössen, beispielsweise der Widerstände, der Kapazität der Kondensatoren oder der Spannungen der monostabilen Kippstufe lässt sich das Zeitintervall t, gegebenenfalls durch eine Regelung in gewünschter Weise beeinflussen.
In vielen Anwendungsfällen stellen die Induktivität L und der Kondensator C keinen erhöhten Aufwand dar. Ist die Last beispielsweise ein Induktionsofen, so stellt dieser selbst eine Induktivität dar, und ein Kondensator wird bei derartigen Anlagen ohnehin schon zur Blindleistungskompensation angewendet.
Der Erfindungsgedanke ist keineswegs auf das beschriebene Beispiel beschränkt, sondern lässt sich sinngemäss auf alle bekannten Wechselrichterschaltungen anwenden. Ferner ist auch die Ausbildung von mehrphasigen Wechselrichtern bei symmetrischer Belastung ohne weiteres möglich.
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