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Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter für induktive Belastung in vollgesteuerter
Brückenschaltung mit in jedem Zweig angeordneten, angesteuerten gleichsinnig durchlässigen
Halbleiterschaltern (Transistoren) mit jeweils antiparallel geschalteter Rückstromdiode, und der induktiven Last im Brückenquerzweig, wobei durch eine Steuereinrichtung wechselweise diagonal in der Brücke liegende, gleichsinnig durchlässige Halbleiterschalter jeweils gleichzeitig angesteuert sind, und ein Mess-Stromwandler zur Erfassung des Laststromes vorhanden ist.
Bekanntlich lassen sich durch mikroprozessorgesteuerte Stromtorschaltungen aus Gleich- oder Wechselspannungsquellen mit Hilfe von pulsweitenmodulierten Signalen Wechselströme beliebig veränderbarer Frequenzen erzeugen. Auf dieser Basis arbeitende Frequenzumformer werden beispiels- weise zum Antrieb von Asynchronmotoren mit unterschiedlichen Drehzahlen verwendet. Eine beson- dere Bedeutung kommt den Wechselrichtern zu, die diese Wechselströme aus Gleichspannungsquellen gewinnen.
Ein spezielles Problem stellt hiebei die Messung der Laststromstärken solcher Verbraucher dar, wie sie zur Schnellabschaltung bei Auftreten von Kurzschluss- oder Überlastströmen erfor- derlich ist. Wechselstromwandler üblicher Art, die aus dem Laststrom eine zur Messung heranzieh- bare Sekundärspannung gewinnen, sind für Wechselströme veränderbarer Frequenz wenig geeignet, da das frequenzabhängige Übertragungsmass bei geringen Frequenzen unzureichend ist.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, für Wechselrichter der genannten Art Mess-Strom- wandler zur Erfassung des Laststromes zu schaffen, die eine von der Frequenz des Ausgangs- stromes unabhängige Strommessung gestatten. Dieser Mess-Stromwandler weist erfindungsgemäss zwei Primärwicklungen und eine Sekundärwicklung auf, von denen jede Primärwicklung in jeweils einem der beiden über die Last geführten Brückenstromkreise in Serie mit dem Halbleiterschalter und der antiparallel geschalteten Rückstromdiode verschaltet ist und die Sekundärwicklung mit einem Strom-Messkreis verbunden ist.
Als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 der Zeichnungen eine Wechselrichterschal- tung für einphasige Lasten mit einem Stromwandler dargestellt. Die Fig. 2 zeigt die konkrete
Leitungsführung bei Verwendung eines Ringkernwandlers. Die Fig. 3 und 4 zeigen die Schaltung bzw. Leitungsführung bei Verwendung eines Moduls, der die Funktion eines Brückenzweigpaares ausführt. In Fig. 5 ist die Wechselrichterschaltung für den Antrieb eines dreiphasigen Asynchron- motors dargestellt.
Die in Fig. 1 komplett dargestellte Wechselrichterschaltung besteht im wesentlichen aus einer von einer Gleichspannungsquelle über die Anschlüsse "+" und "-" gespeisten Brückenschal-
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T2, T3 und T4-- enthalten.motor. Die in den einander gegenüberliegenden Brückenzweigen liegenden Transistoren --T1, T4 bzw. T2, T3-- sind synchron gleichsinnig, jedoch paarweise gegensinnig gesteuert, derart, dass der die Last --L-- durchfliessende Strom in der einen Richtung über den Transistor-Tl- zugeführt und über den Transistor --T4-- abgeleitet wird, während die Zufuhr während der gegensinnigen Stromphasen über den Transistor --T3-- die Ableitung über den Transistor --T2-erfolgt.
Die Transistoren-Tl bis T4-- werden mit einer Pulsfrequenz von beispielsweise l kHz angesteuert, wobei das Puls-Pulspausen-Verhältnis dem jeweiligen Wert der der Last --L-- angebotenen Wechselspannung entspricht, deren Frequenz wesentlich niedriger ist als die Pulsfrequenz und über eine Steuereinheit, wie beispielsweise einen Mikroprozessor, einstellbar ist. Auf jede Halbwelle eines Laststromes mit der Frequenz von beispielsweise l Hz entfallen in diesem Falle je 500 Impulse, wobei sich das Puls-Pulspausen-Verhältnis während der Dauer einer Halbwelle entsprechend dem zugehörigen Sinuswert verändert.
Wegen der Induktivität der Last --L-- müssen für die während der Impulspausen fliessenden Abmagnetisierungsströme (Rückstrom) Strompfade vorgesehen sein, die über die den Transistoren - Tl bis T4-- antiparallel geschalteten Dioden-DI bis D4-- verlaufen und sich über den Generator-Eingangskreis schliessen.
Zum Zweck der Messung des die Last --L-- durchfliessenden Stromes sind in ein Paar von benachbarten Brückenzweigen-Tl, D1 und T2, D2-- zwei Primärwicklungen-Pl bzw. P2--
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eines Stromwandlers geschaltet. Die eine Primärwicklung-Pl-ist im Rhythmus der Impulse und entsprechend dem jeweiligen Puls-Pulspausen-Verhältnis vom Laststrom, die andere vom
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und in Spannungsimpulse umgesetzten Stromimpulse zum jeweiligen Stromwert, der mittels einer
Auswerteschaltung --A-- auf übliche Weise ausgewertet wird. Da die Transformation im Stromwand- ler bei niedriger Frequenz des Laststromes vorwiegend mit der viel höheren Impulsfrequenz erfolgt, ist ein gleichbleibendes Übertragungsmass und daher eine einwandfreie Messung gewähr- leistet.
Wenn der Laststrom hoch ist, genügt für die Stromwandlung beispielsweise ein Ringkernwand- ler --R--, bei dem, wie in Fig. 2 dargestellt, zur primären Erregung das blosse Durchstecken der stromführenden Leitung genügt. Die allerdings sehr viele Windungen aufweisende Sekundär- wicklung ist hier nicht dargestellt.
Es ist bekannt, die Schaltelemente --T1, D1, T2, D2-- von Brückenzweigpaaren, so wie in
Fig. 3 durch strichlierte Linien angedeutet, in integrierter Bauweise zu kompakten Modulen --M-- zu vereinigen. In diesem Fall sind die Primärwicklungen-P1, P2-- zwischen die Eingangs-An- schlüsse des Moduls --M-- und die Anschlüsse der Speisestromquelle einzuschalten. Die bei ausreichend starkem Laststrom vereinfachte Leitungsführung bei Verwendung eines Ringkernwand- lers --R-- ist in Fig. 4 gezeigt.
Die erfindungsgemässe Stromwandlerschaltung lässt sich, wie in Fig. 5 dargestellt auch bei dreiphasigen Verbrauchern anwenden, beispielsweise zur Speisung der Ständerwicklungen --SW-- eines Asynchronmotors. Hiebei sind bloss in zwei Brückenzweigpaaren Stromwandler--S, S'vorzusehen, da sich der Strom des dritten Brückenzweigpaares als negative Summe der beiden andern Ströme ermitteln lässt. Die Ausgänge der Stromwandler-S, S'-sind voneinander getrennt der Auswerteeinrichtung --A-- zugeführt.
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The invention relates to an inverter for inductive load in fully controlled
Bridge circuit with controlled, permeable in the same way arranged in each branch
Semiconductor switches (transistors), each with a reverse current diode connected in anti-parallel, and the inductive load in the bridge cross arm, whereby in the bridge, diagonally permeable semiconductor switches, which are alternately located diagonally in the bridge, are controlled at the same time by a control device, and a measuring current transformer for detecting the load current is present.
It is known that microprocessor-controlled current gate circuits can be used to generate alternating currents of frequencies that can be changed as desired from DC or AC voltage sources with the aid of pulse-width-modulated signals. Frequency converters working on this basis are used, for example, to drive asynchronous motors at different speeds. The inverters, which obtain these alternating currents from DC voltage sources, are of particular importance.
A special problem here is the measurement of the load current strengths of such consumers, as is required for quick shutdown when short-circuit or overload currents occur. AC converters of the usual type, which obtain a secondary voltage that can be used for measurement from the load current, are not very suitable for alternating currents of variable frequency, since the frequency-dependent transmission factor is inadequate at low frequencies.
The object of the invention is to provide measuring current transformers for inverters of the type mentioned for detecting the load current, which allow a current measurement that is independent of the frequency of the output current. According to the invention, this measuring current transformer has two primary windings and a secondary winding, of which each primary winding is connected in series with the semiconductor switch and the reverse current diode connected in parallel across the load and the secondary winding is connected to a current measuring circuit.
As an exemplary embodiment of the invention, an inverter circuit for single-phase loads with a current transformer is shown in FIG. 1 of the drawings. Fig. 2 shows the concrete
Cable routing when using a toroidal converter. 3 and 4 show the circuit or wiring when using a module that performs the function of a pair of bridges. 5 shows the inverter circuit for driving a three-phase asynchronous motor.
The inverter circuit shown completely in FIG. 1 essentially consists of a bridge switch powered by a direct voltage source via the connections "+" and "-".
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T2, T3 and T4-- included.motor. The transistors --T1, T4 or T2, T3-- in the opposite bridge branches are synchronously controlled in the same direction, but controlled in pairs in opposite directions, such that the current flowing through the load --L-- in one direction via the transistor Tl- is supplied and discharged via the transistor --T4--, while the supply takes place during the opposite current phases via the transistor --T3--, the derivation via the transistor --T2-.
The transistors T1 to T4-- are driven with a pulse frequency of, for example, 1 kHz, the pulse-to-pulse ratio corresponding to the respective value of the AC voltage offered to the load --L--, the frequency of which is significantly lower than the pulse frequency and above a control unit, such as a microprocessor, is adjustable. In this case, each half-wave of a load current with the frequency of, for example, 1 Hz has 500 pulses, the pulse-to-pulse ratio changing during the duration of a half-wave in accordance with the associated sine value.
Because of the inductance of the load --L--, current paths must be provided for the demagnetizing currents (reverse current) flowing during the pulse pauses, which run via the diodes DI to D4-- connected in antiparallel to the transistors - Tl to T4-- and via the Close the generator input circuit.
For the purpose of measuring the current flowing through the load --L--, two primary windings-Pl and P2-- are placed in a pair of adjacent bridge branches T1, D1 and T2, D2.
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a current transformer switched. One primary winding-PI-is in the rhythm of the pulses and according to the respective pulse-pause ratio of the load current, the other of
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and current pulses converted into voltage pulses at the respective current value, which by means of a
Evaluation circuit --A-- is evaluated in the usual way. Since the transformation in the current transformer at the low frequency of the load current mainly takes place with the much higher pulse frequency, a constant transmission dimension is guaranteed and therefore a perfect measurement is guaranteed.
If the load current is high, a toroidal core converter --R--, for example, is sufficient for the current conversion, in which, as shown in FIG. 2, the mere insertion of the current-carrying line is sufficient for primary excitation. The secondary winding, which has a large number of turns, is not shown here.
It is known that the switching elements --T1, D1, T2, D2-- of pairs of bridges, as in
Fig. 3 indicated by dashed lines, in an integrated design to combine into compact modules --M--. In this case, the primary windings-P1, P2-- must be connected between the input connections of the module --M-- and the connections of the supply current source. The simplified cable routing with a sufficiently strong load current when using a toroidal converter --R-- is shown in Fig. 4.
As shown in FIG. 5, the current transformer circuit according to the invention can also be used with three-phase consumers, for example for feeding the stator windings - SW - of an asynchronous motor. Here, current transformers - S, S 'are only to be provided in two pairs of bridges, since the current of the third pair of bridges can be determined as the negative sum of the other two currents. The outputs of the current transformers-S, S'-are fed separately to the evaluation device --A--.