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Thyristorwechselrichter mit natürlicher Kommutierung
Die Erfindung betrifft mit Thyristoren oder ähnlich wirkenden Ventilen arbeitede Wechselrichter, z. B. in Serienschaltung bzw. Brückenschaltung oder als Parallelwechselrichter ausgeführt, bei denen der Ventilstrom während jeder Halbperiode von selbst, nämlich als Folge eines kapazitiven Verhaltens des Ausgangsstromkreises, durch Null geht.
Ein Thyristor-Serienwechselrichter ist in Fig. l dargestellt. Die Thyristoren sind mit--T1 und T2--, die ihnen antiparallelgeschalteten Rückarbeitsdioden mit--D3 und D4--und die speisende Gleichspannung mit--U--bezeichnet.
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Wechselrichter mit den gesteuerten Ventilen antiparallelgeschalteten Dioden in Reihe zur Last einen
Kondensator zu schalten und diesen sowie die gegebenenfalls durch zusätzliche Induktivitäten ergänzte
Impedanz der Last so zu bemessen, dass sie einen Schwingkreis 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
Ventils vor der Freigabe des Stromflusses des zeitlich nächstfolgenden Ventils spätestens nach
Durchlaufen einer Halbschwingung durch Null geht. Bei diesem bekannten Wechselrichter ist die an der
Last auftretende Spannung wegen des der Last vorgeschalteten Kondensators nicht nur von der speisenden Gleichspannung, sondern auch von der Impedanz der Last und von der
Wechselrichterfrequenz abhängig.
Aus der Schweizer Patentschrift Nr. 409114 ist ein mit Thyristoren und Rückarbeitsdioden arbeitender Wechselrichter bekannt, bei dem der Last die Reihenschaltung einer Kapazität und eines
Transduktors parallelgeschaltet ist, wobei der sich aus dem Laststrom und dem Strom durch die genannte Reihenschaltung zusammensetzende Wechselrichter-Gesamtstrom jeweils von selbst vor
Zündung der zeitlich nächstfolgenden Thyristoren durch Null geht. Bei einem solchen Wechselrichter tritt innerhalb einer bestimmten Grenze an der Last weitgehend unabhängig von der Grösse und Art, d. h. von Betrag und Phasenwinkel des Laststromes, und unabhängig von der Arbeitsfrequenz des
Wechselrichters stets eine Rechteckspannung auf, deren Betrag im wesentlichen nur durch die dem
Wechselrichter zugeführte Gleichspannung gegeben ist.
Die Erfindung erreicht dasselbe Ziel unter
Vermeidung des beträchtlichen Aufwandes für den erwähnten Transduktor sowie für den zum Betrieb eines solchen erforderlichen Gleichstromhilfskreises.
Gegenstand der Erfindung ist ein mit Thyristoren oder andern steuerbaren, jedoch nur im stromlosen Zustand sperrbaren Ventilen und mit Rückarbeitsdioden arbeitender Wechselrichter mit natürlicher Stromkommutierung, wobei ein Zweipol, insbesondere eine Kapazität in Reihe mit einer
Induktivität, so an die Last angeschlossen, z. B. dieser unmittelbar parallelgeschaltet ist, dass sich sein
Strom und der Laststrom zu einem Wechselrichter-Gesamtstrom summieren, der jeweils von selbst vor I Zündung des oder der zeitlich nächstfolgenden steuerbaren Ventile (s) durch Null geht, mit dem besonderen Merkmal, dass der Zweipol als Serienschwingkreis mit einer Resonanzfrequenz von l-bis
2facher Betriebsfrequenz arbeitet. Dieser Serienschwingkreis ist in Fig. l mit--KS--bezeichnet.
Der von einem Serienschwingkreis mit einer die Wechselrichterfrequenz übersteigenden
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Resonanzfrequenz aufgenommene Strom ist in Fig. 2 dargestellt. Da die Rechteckspannung des Wechselrichters weitgehend unabhängig vom Strom ist, kann der Laststrom, der zufolge der Rechteckspannung auftritt, einfach ermittelt werden und zum Strom des Serienschwingkreises addiert werden. Die Fig. 3a, 3b und 3c zeigen drei typische Lastfälle, u. zw. kapazitive Last, ohmsche Last und induktive Last (oben jeweils die Rechteckspannung). Der Strom im Serienschwingkreis ist punktiert eingetragen, der Laststrom strichliert und der Summenstrom voll ausgezogen. Tatsächlich muss der Laststrom keineswegs sinusförmig sein, da die einzige Bedingung ist, dass der Summenstrom ausreichend lange Zeit negativ ist. Es ist somit auch Gleichstrom zulässig.
Zur Erzielung einer günstigen Auslegung und niedriger Verluste im Serienschwingkreis ist es zweckmässig, als seine Resonanzfrequenz etwa das 1, 6fache der Betriebsfrequenz zu wählen. Beim Einschalten muss der Serienschwingkreis erst einschwingen. Es hat sich gezeigt, dass es für einigermassen rasches Einschwingen zweckmässig ist, dass die erste Halbperiode der Wechselspannung etwa das 1, 2fache der normalen Halbperiode beträgt.
Wenn zur Last aus irgendwelchen mit der Kommutierung nicht zusammenhängenden Gründen ein Kondensator allein oder z. B. ein auf die Wechselrichterfrequenz abgestimmter Serienresonanzkreis in Reihe liegt, dann ist es bei geeigneter Auslegung des dieser Reihenschaltung parallelgeschalteten Serienschwingkreises--KS--möglich, vor dem Einschalten des Wechselrichters den Kondensator im Serienschwingkreis und den in Reihe mit der Last liegenden Kondensator über einen hochohmigen Widerstand so aufzuladen und die erste Halbperiode derart zu verlängern, dass der eingeschwungene Zustand sofort erreicht ist. Dies ist in Fig. 4 veranschaulicht, in welcher die Spannung der Kondensatorvoraufladung mit--UA--und die Verlängerung der ersten Halbperiode mit--tv-bezeichnet ist.
An zwei Wechselrichter gemäss Fig. 1 kann die Last zwischen die beiden Ausgänge angeschlossen werden, wie in Fig. 5 gezeigt. Betreibt man nun beide Wechselrichter phasenverschoben mit gleicher Frequenz, wobei, wie ebenfalls in Fig. 5 gezeigt, für jede Brückenhälfte ein eigener Serienschwingkreis - vorgesehen sein kann, so erhält die Last die Spannungsdifferenz gemäss Fig. 6. Durch Phasenverschiebung der beiden Spannungen ist es möglich, die Breite der in Fig. 6 gezeigten Rechteckimpulse zu variieren, d. h., die Ausgangsspannung (Halbwellenmittelwert, Effektivwert, Grundwelle) zu verändern. Eine Phasenänderung bedeutet eine vorübergehende Frequenzänderung.
Wird eine Spannungsregelung bei konstanter Ausgangsfrequenz gewünscht, dann ist es zweckmässig, den Phasenunterschied durch (vorübergehende) Frequenzänderung der beiden Wechselrichter in umgekehrtem Sinn zu erzeugen. Die Vorgabe des Frequenzunterschiedes kann z. B. durch einen Spannungsregler erfolgen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mit Thyristoren oder andern steuerbaren, jedoch nur im stromlosen Zustand sperrbaren Ventilen und mit Rückarbeitsdioden arbeitender Wechselrichter mit natürlicher Stromkommutierung, wobei ein Zweipol, insbesondere eine Kapazität in Reihe mit einer Induktivität, so an die Last
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B.Zweipol als Serienschwingkreis (Kommutierungs-Schwingkreis KS, Fig. l und 5) mit einer Resonanzfrequenz von l-bis 2facher, vorzugsweise etwa 1, 6facher Betriebsfrequenz arbeitet.
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Thyristor inverter with natural commutation
The invention relates to inverters working with thyristors or similarly acting valves, e.g. B. in series circuit or bridge circuit or as a parallel inverter, in which the valve current goes through zero during each half cycle, namely as a result of the capacitive behavior of the output circuit.
A thyristor series inverter is shown in FIG. The thyristors are labeled - T1 and T2 -, the reverse work diodes connected to them in anti-parallel with - D3 and D4 - and the supplying direct voltage with - U -.
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Inverter with the controlled valves anti-parallel connected diodes in series with the load
To switch capacitor and this as well as supplemented by additional inductances if necessary
To dimension the impedance of the load so that they form an oscillating circuit which has a damping below the aperiodic damping and a period of oscillation a little below the period of the alternating current to be generated,
so that the current is each controlled
Valve before releasing the current flow of the chronologically next valve at the latest after
Going through a half oscillation through zero. In this known inverter, the is on
Voltage occurring due to the capacitor connected upstream of the load, not only from the supplying direct voltage, but also from the impedance of the load and from the
Inverter frequency dependent.
From the Swiss patent specification no. 409114 an inverter working with thyristors and work-back diodes is known, in which the load is the series connection of a capacitance and a
Transduktors is connected in parallel, the total inverter current composed of the load current and the current through said series circuit in each case by itself
Ignition of the chronologically next thyristors goes through zero. In such an inverter occurs within a certain limit on the load largely independent of the size and type, i. H. of the amount and phase angle of the load current, and independent of the operating frequency of the
Inverter always has a square wave voltage, the amount of which is essentially only due to the
Inverter supplied DC voltage is given.
The invention achieves the same aim under
Avoidance of the considerable expense for the above-mentioned transducer and for the DC auxiliary circuit required for operating such a device.
The subject matter of the invention is an inverter with natural current commutation which can be controlled with thyristors or other controllable, but only lockable in the currentless state valves and with backworking diodes, wherein a two-pole, in particular a capacitor in series with a
Inductance so connected to the load, e.g. B. this is directly connected in parallel that will be
Add the current and the load current to a total inverter current, which in each case goes through zero by itself before I ignition of the controllable valve (s) that follow in time, with the special feature that the two-terminal circuit as a series resonant circuit with a resonance frequency from 1 to
2 times the operating frequency works. This series resonant circuit is denoted by - KS - in FIG.
That of a series resonant circuit with a frequency that exceeds the inverter frequency
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The current recorded at resonance frequency is shown in FIG. Since the square-wave voltage of the inverter is largely independent of the current, the load current, which occurs as a result of the square-wave voltage, can be easily determined and added to the current of the series resonant circuit. FIGS. 3a, 3b and 3c show three typical load cases, u. between capacitive load, ohmic load and inductive load (the square wave voltage above). The current in the series resonant circuit is shown in dotted lines, the load current is shown as a dashed line and the total current is shown in full. In fact, the load current does not have to be sinusoidal at all, since the only condition is that the total current is negative for a sufficiently long time. Direct current is therefore also permissible.
In order to achieve a favorable design and low losses in the series resonant circuit, it is useful to choose approximately 1.6 times the operating frequency as its resonance frequency. When switching on, the series resonant circuit must first settle. It has been shown that for reasonably rapid settling it is advisable that the first half cycle of the alternating voltage is approximately 1.2 times the normal half cycle.
If, for any reason unrelated to the commutation, a capacitor alone or z. If, for example, a series resonant circuit tuned to the inverter frequency is in series, then with a suitable design of the series resonant circuit connected in parallel to this series connection - KS - it is possible to connect the capacitor in the series resonant circuit and the capacitor in series with the load via a before switching on the inverter to charge the high-ohmic resistor in such a way and to extend the first half cycle in such a way that the steady state is reached immediately. This is illustrated in FIG. 4, in which the voltage of the capacitor precharge is denoted by - UA - and the extension of the first half cycle is denoted by - tv.
The load can be connected to two inverters according to FIG. 1 between the two outputs, as shown in FIG. If both inverters are now operated out of phase with the same frequency, whereby, as also shown in FIG. 5, a separate series resonant circuit can be provided for each bridge half, the load receives the voltage difference according to FIG. 6. It is possible by phase shifting the two voltages to vary the width of the square-wave pulses shown in Figure 6; That is, to change the output voltage (half-wave mean value, rms value, fundamental wave). A phase change means a temporary change in frequency.
If voltage regulation is desired at a constant output frequency, it is advisable to generate the phase difference by (temporary) frequency changes of the two inverters in the opposite direction. The specification of the frequency difference can, for. B. be done by a voltage regulator.
PATENT CLAIMS:
1. With thyristors or other controllable valves, which can only be blocked in the de-energized state, and inverters working with back-up diodes with natural current commutation, whereby a two-pole, in particular a capacitance in series with an inductance, is connected to the load
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B.Zwoipole as a series resonant circuit (commutation resonant circuit KS, Fig. 1 and 5) works with a resonance frequency of 1 to 2 times, preferably about 1.6 times the operating frequency.