AT284278B - Schaltungsanordnung zur Umrichtung einer Gleichspannung in eine geregelte Wechselspannung - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Umrichtung einer Gleichspannung in eine geregelte Wechselspannung

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AT284278B
AT284278B AT345068A AT345068A AT284278B AT 284278 B AT284278 B AT 284278B AT 345068 A AT345068 A AT 345068A AT 345068 A AT345068 A AT 345068A AT 284278 B AT284278 B AT 284278B
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Description


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  Schaltungsanordnung zur Umrichtung einer Gleichspannung in eine geregelte Wechselspannung 
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Umrichtung einer Gleichspannung über einen Transformator in eine geregelte Wechselspannung, bei welcher an symmetrische Anzapfungen der Primärwicklung des Transformators angeschlossene stromrückleitende Dioden, an äussere Punkte der Primärwicklung des Transformators in Gegentaktschaltung angeschlossene Thyristoren, ein zwischen den äusseren Punkten liegender Kondensator und eine Einheit zum Steuern der Thyristoren vorgesehen sind, wobei entweder eine Löschinduktivität zwischen dem gemeinsamen Punkt der stromrückleitenden Dioden und dem gemeinsamen Punkt der Thyristoren mit einer der Löschinduktivität parallelgeschalteten, mit den stromrückleitenden Dioden gleich polarisierten kurzschliessenden Diode,

   oder eine mit einer ihrer Elektroden üner eine Sekundärwicklung der Löschinduktivität an den einen Pol einer Speisespannungsquelle angeschlossene kurzschliessende Diode vorgesehen ist und im letzteren Fall der andere Pol der Speisespannungsquelle mit dem gemeinsamen Punkt der stromleitenden Dioden und mit der andem Elektrode der kurzschliessenden Diode verbunden ist. 



   Wie bekannt, gewinnen Halbleiterwechselrichter mit geregelter Ausgangsspannung in der Wechselrichtertechnik immer mehr an Bedeutung. Die Regelbarkeit der Wechselrichter wird meistens dadurch erreicht, dass die Spannungszeitfläche einer Halbperiode entweder durch Löschthyristoren oder durch andere Regelglieder der Schaltung geändert wird. Die Ergänzung der Schaltung mit Gliedern dieser Art ist aber entweder kostspielig, oder sie führt zu Anordnungen, deren Wirkungsgrad in bestimmten Teilen des Regelbereiches wesentlich abnimmt. 



   Die Erfindung bezweckt die Behebung dieser Unzulänglichkeit und die Schaffung einer Schaltunganordnung für im Schaltbetrieb arbeitende Halbleiterwechselrichter, in der durch ein neuartiges zusammengesetztes Steuersignal kostspielige Ergänzungsglieder wegfallen können. Auf diese Weise wird die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung im Gegensatz zu den bekannten Schaltungen der gleichen Art bezüglich Selbstkosten bzw. Wirkungsgrad den nicht geregelten Wechselrichtern ähnlich, die in dieser Hinsicht vorteilhafter sind als die bisher bekannten Wechselrichter mit regelbarem Ausgang. 



   Dies wird mit der eingangs dargelegten Schaltungsanordnung erfindungsgemäss dadurch   erreicht. dass   die Steuereinheit als Signalgenerator zum Liefern eines zusammengesetzten Steuersignals ausgebildet ist, das je Leithalbperiode abwechselnd aus einen Nadelimpuls und aus von diesem um einen regelbaren elektrischen Winkel getrennten Impuls besteht, auf den gegebenenfalls weitere Impulse folgen. 



   Die wirtschaftlichen Vorteile der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung treten insbesondere bei Gegentaktschaltungen hervor, wo z. B. mittels zwei Thyristoren bereits ein geregelter Betrieb erreicht werden kann. Hier führen die beiden Thyristoren im Gegensatz zu den bekannten Schaltungen ein sogenanntes doppeltes Löschen aus, indem sie sich nicht in der üblichen Weise je Halbperiode gegenseitig auslöschen, wobei der eine Thyristor gezündet und der andere Thyristor gelöscht wird, sondern in der 

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 Weise arbeiten, dass der zuletzt zündende Thyristor (von zwei Hauptthyristoren zunächst der eine und dann der andere) den früher gezündeten Thyristor auslöscht, aber am Ende dieses Löschvorganges auch er selbst auslischt. Dieser Vorgang fordert aber einerseits ein Steuersignal von geeigneter Form und anderseits eine Ergänzung der Schaltung. 



   Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert, wobei Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel derGegentaktschaltung des Spannungsrichters gemäss der Erfindung darstellt. Fig. 2 ist einSchaltbild eines andern Ausführungsbeispiels. Die Fig. 3 bis 5 zeigen verschiedene Steuersignale. Fig. 6 ist schliesslich das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels mit Brückenschaltung. 



   Gleiche Bezugszeichen weisen in den Zeichnungen auf ähnliche Einzelheiten hin. 
 EMI2.1 
 und über Thyristoren- 3 und 4-- mit den beiden Enden oder äusseren Punkten der   Primärwicklung --8a-- eines   Transformators --8-- verbunden ist. Zur   Primärwicklung --8a-- ist   ein   Löschkondensator --2-- parallelgeschaltet.   



  Ihre Mittelanzapfung ist mit dem negativen Pol der Speisespannungsquelle --U1-- verbunden Zwei Zwischenanzapfungen der   Primärwicklung --8a--,   die zur Mittelanzapfung symmetrisch liegen, sind über zur Stromrückleitung dienende Dioden --6 und   7-- an   den positiven Pol der Speisespannungsquelle - angeschlossen. Zur   Löschinduktivität --1-- ist eine Diode --5-- parallelgeschaltet,   die im gleichen Sinne polarisiert ist wie   die Dioden --6 und 7-- und   über die   die Löschinduktivität-l-kurz-   geschlossen ist. Demgemäss ist ihre Kathode an den positiven Pol der Gleichspannungsquelle --U1-- angeschlossen. 



   An die Steuerelektroden der Thyristoren --3 und 4-- ist eine Steuereinheit --12-- angeschlossen, die für die Steuerelektrode des Tjrisbors --3-- Steurestinale--31-- und für die Steuerelektrode des   Thyristors --4-- Steuersignale --32-- gemäss   Fig. 3 liefert. Die Steuersignale --31 und 32-- bilden zusammengesetzte Signale, die gegenseitig elektrisch um 1800 verschoben sind und dieselbe Wellenform aufweisen, wobei in einer Halbperiode das   Signal--31-- aus   einem Nadelimpuls-33-- und aus einem Rechtecksignal--34--besteht, das, um   den winkel --#-- verzögert, dem Nadelimpusl --33-- nacheilt.   In der andern Halbperiode ist das Signal Null. Der   Winkel--kann   mittels eines der Steuereinheit -   zugeführten   elektrischen Regelsignals, z.

   B. eines Spannungssignals, in einem Bereich von 0 bis 1800 geändert werden. 



   Die Sekundärwicklugn --8b-- des Transformators --8-- ist über eine Induktivität --9-- und über einen Vierpol --10-- zumliefern eines sinusförmigen Signals an eine Verbraucherimpedanz --11-- angeschlossen, wobei eine sinusförmige Wechselspannung --U2-- geliefert wird. Wird die erforderliche Impedanz durch die Streuimpedanz des Transformators --8-- gebildet, kann   die Induktivität-9-   wegfallen. 



   Die doppelte Löschung wird in der folgenden Weise bewirkt :
Während der   Thyristor --3-- stromdurchlässig   ist, wird der   Löschkondensator --2-- auf   annähernd das Doppelte der Speisespannung bei einer Polarität aufgeladen, bei welcher seine dem Thyristor --3-zugekehrte Armatur positiv ist und über die   Induktivität-l-ein   durch die Speisespannung und die Belastungsverhältnisse bestimmter   Verbraucherstrom fliesst   Der Thyristor --4-- wird durch den Nadelimpuls --33-- des Steuerstignals --32-- gezündet, wobei der Thyristor --3-- durch den Thyristor --4-mittels der Energie des Kondensators --2-- in an sich bekannterweise ausgelöscht wird.

   Dadurch ist ge-   währleistet,   dass der Kondensator --2-- über die   Primärwicklung --8a-- des Transformators --8-- im   Verhältnis zum Ausgangszustand gegensinnig polarisiert annähernd auf das Doppelte der Speisespannung aufgeladen wird. Um zu verhindern, dass der Thyristor --4-- nach Durchführung des Löschvorganges stromdurchlässig bleibt, d. h. um zu gewährleisten,   dass entsprechend der durdch den Winke --#-- be-   stimmten Pause beide Thyristoren gesperrt werden, muss die Spannung auch am Thyristor --4-- der negativen Sperrrichtung entsprechend umgesteuert werden.

   
 EMI2.2 
 gie in den an ihren Klemmen angeschlossenen Stromkreis wieder derart zurückgespeist, dass ihre den gemeinsamenElektrodenderThyristoren--3udn4--zugekehrteKlemme--13--derderSpeisespannung zugekehrten   Klemme --14-- gegenüber   positiv wird. Beim Weglassen der Diode --5-- mit ihrer angedeuteten Polarität würde die Energie der   Induktivität --1-- über   den Thyristor --4-- und grösstenteils über die Diode --7-- einen Strom   in d er   Öffnungsrichtung bewirken. Die Diode --5-- bietet aber eine Ableitung, deren Impedanz geringer ist als die Impedanz dieses Stromweges, so dass die Induktivität - keinen Strom in der Öffnungsrichtung über den   Thyristor --4-- durchlässt   (erste Bedingung der 

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 doppelten Löschung). 



   Es ist ferner zu gewährleisten, dass die auf die Klemmen der   Primärwicklung --8a-- des   Transformators --8-- reduzierte Last der Steilheit der Spannungsänderung an den Klemmen der Primärwicklung -   gegenüber   induktiv ist. Dies wird durch die   Induktivität --9-- erreicht,   die bei gegebenen Lastbedingungen einen Teil des   sinusbildenden Vierpols-10-oder   mangels eines derartigen Vierpols einen Teil der Induktivität des Transformators --8-- bilden kann. Ist der   erwähnte induktivecharakter vorhan-   den, so wird nach Löschen des Thyristors --3-- von der Last her über die   Diode --7-- in   an sich bekannter Weise Strom zurückgespeist (zweite Bedingung der doppelten Löschung). 
 EMI3.1 
 Öffnungsrichtung, so dass er auslischt.

   Zwecks intensiverer Löschung sind die stromrückleitenden Dioden   - 6   und 7-- an Zwischenanzafungen der Primärwicklugn --8a -- angeschlossen. Somit erscheint an den Klemmen des Thyristors --4-- bei der in der zweiten Bedingung erwähnten Stromrückleitung eine negative Sperrspannung. 



   Das dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Wechselrichters arbeitet wie folgt :
Es sei angenommen, dass der Thyristor --3-- durch den Rechteckimpuls --34-- des Steuersignals - gesteuert ist und den Strom leitet. Der Thyristor --4-- wird durch den Nadelimpuls --33-- des   Steuersignals --32-- gezündet,   wobei der Thyristor --3-- auslischt. Nach der Löschung des Thyristors - wird auch der   Thyristor --4-- gelöscht.   Nach einer Verzögerung um den   Winkel --so-- wird   der   Thyristor --4-- durch denRechteckimpuls --34-- des Signals --32-- neu   gesteuert und gezündet, wobei er bis zum Ende der Halbperiode leitend wird. Nun wiederholt sich der Vorgang im umgekehrten Sinn, wobei die Rollen der Thyristoren --3 und 4-- gewechselt werden. 



   In der Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung war die eine Bedingung der   Löschung - wie   gezeigt-der Umstand, dass beim Löschen der Thyristoren --3 und   4-- für   die Rückspeisung der in der Löschinduktivität --1-- gespeicherten erhöhten Energie ein Stromweg gesichert wird, dessen Impedanz geringer ist als die des Stromweges über den zuletzt eingeschalteten Thyristor. Dies wird beim darge- 
 EMI3.2 
 in der geeigneten Richtung kurzgeschlossen wird. 



   Der über die Diode --5-- hindurdchfliessende Strom kann aber erhebliche Verluste herbeiführen. 



  Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das geeignet ist, die durch die Diode --5-- verursachten Verluste grösstenteils zu verhüten. Zu diesem Zweck ist die   Löschinduktivität --1-- mit   einer Sekundärwicklung   --la--   versehen, deren eine Klemme über die Diode --5-- an den positiven und deren andere Klemme 
 EMI3.3 
 tung bei geringer Impedanz derart gewählt, dass über die Diode --5-- und über eine der Rückleitungs-   dioden --6   und 7-- Strom in die   Speisespannungsquelle-U--zurückfliesst.   Die Spannung zwischen den Klemmen --13 und 14-- der Löschinduktivität --1-- muss derart gering sein, dass die an den zuletzt eingeschalteten Thyristor angelegte Sperrspannung nicht vermindert wird.

   Daraus folgt, dass die Diode - vor allem nicht der Rückleitung von Energie in die   Speisespannungsquelle-Ui-dient,   sondern dazu bestimmt ist, für die in der Löschinduktivität --1-- aufgespeicherte Engergie eine Ableitung bei geringerimpedanz zu gewährleisten und dadurch den Strom vom zuletzt gezündeten Thyristor abzulenken. 



   Fig. 5 zeigt zusammengesetzteSteuersignale --51 und 52--, mittels welcher die Sinusform der von der   Sekundärwicklung --8b-- erhaltenen   Spannung in vorteilhafter Weise erreicht werden kann. Die steuresignale --51 und   52-- bestehen   aus Leithalbperidoden --T1-- und Pausehalbperidoden --t2-- In der Leithalbperiode --T1-- unterscheiden sich die Signale --51 bzw. 52-- von den Steuersignalen --31 bzw.   32-- gemäss   Fig. 3 darin, dass auf den ersten Nadelimpuls --53-- nach einer Verzögerung entsprechend eines regelbaren elektrischen   Winkels--anstatt   eines Rechteckimpulses eine aus Rechteckimpulsen bestehende Impulsreihe --54-- folgt.

   In der   Pausehalbperiode-T-besteht   die Abweichung darin, dass die Signale --51 und 52-- aus Nadelimpulsen --55-- bestehen, die zeitlich mit den Hinterflanken der Rechteckimpulse in der Leithalbperiode des andern Signals zusammenfallen. 



   Bei Steuerung der Thyristoren --3 und 4-- durch die Signale --51 und 52-- wird die Schaltungsanordnung gemäss Fig. 1 ebenfalls auf Grund der doppelten Löschung arbeiten. Es sei angenommen, dass in einem gegebenen Zeitpunkt der Thyristor --3-- in seiner leitenden Halbperiode auf Einwirkung des 

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 beschriebene Doppellöschung, wobei beide Thyristoren auslöschen. Der Thyristor --4-- wird durch den ersten Rechteckimpuls der Impulsreihe --54--, der auf den   Nadelimpuls --53-- folgt,   neu gezündet, wobei er dann kontinuierlich stromdurchlässig ist. Am Ende des Rechteckimpulses wird der Thyristor durch den entsprechenden Nadelimpuls der   Impulsreihe --55-- gezündet,   so dass wieder eine Doppellöschung erfolgt.

   Nachher wird auf Einwirkung des nächstfolgenden Rechteckimpulses von neuem der   Thyristor --4-- stromdurchlässig   sein, was durch eine erneute Doppellöschung aufgehoben wird, die durch die Zündung des Thyristors --3-- durch einen Nadelimpuls erfolgt. Dieser Vorgang wird innerhalb der leitenden Halbperiode des Thyristors --4-- mehrmals wiederholt, wogegen bei der nächsten Halbperiode die Thyristoren ihre Rollen austauschen. 



   Bei diesem Betrieb erscheint an der   Sekundärwicklung --8b-- des Transformators --8-- ein   moduliertes Rechtecksignal wechselnder Polarität, dessen Amplitude sich in den Halbperioden entgegengesetzter Polarität zwischen einem Spitzenwert und Null sprunghaft symmetrisch ändert. Durch geeignete Wahl des Signal/Pause-Verhältnisses der rechteckigenSteuersignale --51 und   52--kannerreichtwerden,   dass   derGehalt an Oberwellen   der an der   Sekundärwicklung --8b-- erscheinenden   Spannung im Verhältnis zum Gehalt an Oberharmonischen der durch das gesamte Rechtecksignal bzw. durch die Steuerung gemäss Fig. 3 bedingten Ausgangsspannung wesentlich abnimmt, wodurch sowohl die Abmessungen wie auch der Preis und die Verluste der sinusbildenden Einheit --10-- abnehmen. 



   Bei Änderung des Signal/Pause-Verhältnisses der Rechteckimpulse der Steuersignale --51 und 52-und des   Winkels --cp-- kann   die Amplitude der Grundwelle des Ausgangssignals wirksam geregelt werden. Diese Änderung kann durch ein elektrisches Signal, z. B. eine Spannung bewirkt werden, die an die Steuereinheit--12-- gelegt wird. Dies hat zur Folge, dass die Steuersignale --51 und   52-- in   der leitenden Halbperiode zwischen zwei Grenzen geregelt werden können. Die Grenzen sind einerseits durch einen Rechteckimpuls von einer Zeitspanne von 1800 und anderseits durch einen Nadelimpuls - bestimmt. 



   Die Rechteckimpulse in den beschriebenen zusammengesetzten Steuersignalen können auch durch Impulsreihen ersetzt werden, die aus Nadelimpulsen bestehen und zum Steuern von Thyristoren allgemen verwendet werden. Dies hat bezüglich der Erfindung dann besondere Bedeutung, wenn die Steuereinheit --12-- einen Teil eines digitalen Regelkreises bildet. Dann ist nämlich die Höhe der an der   Sekundärwicklung --8b-- erscheinenden   Spannung durch die Zahl der Glieder der Impulsreihe regelbar. Ein Steuersignal dieser Art ist in Fig. 4 dargestellt. wo die Rechteckimpulse --34-- der Steuersignale 
 EMI4.2 
 aus verschiedenen an sich bekannten Grundschaltugen der Impulstechnik zusammengebaut ist. 



   Das Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung nach Fig. 6 unterscheidet sich von der vorherigen insofern, dass der   Primärkreis --8a-- des Transformators --8-- zusammen   mit seiner spiegelbildartigen Verdoppelung in einer Brückenschaltung liegt, was durch eine Ergänzung der Bezugszeichen mit einem-d-angedeutet ist Übrigens hat die Brückenschaltung eine gemeinsame Steuereinheit --12-- und einen   gemeinsamenLöschkondensator --2--.   Wie bekannt, hat eine Schaltung dieser Art den Vorteil, dass sie gestattet, höhere Speisespannungen zu verwenden. 



   Die Speisespannung kann beliebig hoch sein, wenn der Primärkreis mit ähnlich ausgebildeten weiteren Primärkreisen in Reihe geschaltet liegt, wobei alle Primärkreise an einen gemeinsamen Transformator angeschlossen sind. 



   Durch eine mehrfache Reihen- oder Parallelschaltung der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung, 
 EMI4.3 
 sinusartige Wellenformen erreicht werden. 



   Es ist auch leicht einzusehen, dass bei einer gruppenweisenAnwendung der Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung durch eine gegenseitige Phasenverschiebung der Steuerungen der Steuereinheiten, sowie durch Verbindung der Sekundärseite auch mehrphasige Systeme gebildet werden können. 

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Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Schaltungsanordnung zurUmrichtung einerGleichspannung über einen Transformator in eine geregelte Wechselspannung, bei welcher an symmetrische Anzapfungen der Primärwicklung des Transfor- matorsangeschlossenestromrückleitendedioden, an äussere Punkte der Primärwicklung desTransformators <Desc/Clms Page number 5> in Gegentaktschaltung angeschlossene Thyristoren, ein zwischen denäusserenpunkten liegenderkonden- sator und eine Einheit zum Steuern der Thyristoren vorgesehen sind, wobei entweder eine Löschinduktivität zwischen dem gemeinsamen Punkt der stromrückleitenden Dioden und dem gemeinsamen Punkt der Thyristoren mit einer der Löschinduktivität parallelgeschalteten,
    mit den stromrückleitenden Dioden gleich polarisierten kurzschliessenden Diode oder eine mit einer ihrer Elektroden über eine Sekundärwicklung derlöschinduktivität an den einen Pol einer Speisespannungsquelle angeschlossene kurzschlie- ssende Diode vorgesehen ist und im letzteren Falle der andere Pol der Speisespannungsquelle mit dem gemeinsamen Punkt der stromleitendenDioden und mit der andernElektrode der kurzschliessenden Diode EMI5.1 Liefern eines zusammengesetzten Steuersignals (Fig. 3) ausgebildet ist, das je Leithalbperiode abwechselnd aus einem Nadelimpuls und aus einem von diesem um einen regelbaren elektrischen Winkel (e) getrennten Impuls besteht, auf den gegebenenfalls weitere Impulse folgen.
    2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durchden Signalgenerator (12) gelieferte, gegenüber dem Nadelimpuls um den Winkel (e) getrennte Impuls ein Rechteckimpuls (34) ist (Fig. 3).
    3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Signalgenerator (12) gelieferte Rechteckimpuls aus einer Reihe (44) von Nadelimpulse gebildet ist (Fig. 4).
    4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durchden Signalgenerator gelieferte gegenüber dem Nadelimpuls um den Winkel (ep) getrennte Impuls ein Rechteckimpuls ist, auf den weitere Rechteckimpulse (54) folgen, wobei die Hinterflanken aller Rechteckimpulse mit je einem Nadelimpuls in der Löschhalbperiode des Gegentaktes zusammenfallen und der Abstand der Rechteckimpulse (54) regelbar ist. EMI5.2 nach einem der Ansprüche 1 bis 4. da d urc h g ekennz eic hne t.Druckschriften, die das Patentamt zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik in Betracht gezogen hat : EMI5.3 <tb> <tb> CH-PS <SEP> 397852 <SEP> FR-PS <SEP> 1365784 <SEP> <tb> FR-PS <SEP> 1406518 <SEP> OE-PS <SEP> 242242 <SEP> <tb> FR-PS <SEP> 1403127 <tb>
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