Wechselrichter Es sind Wechselrichter vorgeschlagen worden, bei denen: in jeder Phase Steuerventile vorhanden sind, die durch Kondensatorstösse gelöscht werden, wenn die Stromführung auf die nächstfolgende Phase übergeleitet werden soll. Es ist ebenfalls nicht neu, in Reihe mit den, Steuerventilen Sperrventile anzuord nen, welche verhindern sollen; dass die Löschkonden- satoren durch Vorgänge im Wechselstrom- bzw.
Drehstromnetz derart entladen werden, dass sie ihre Aufgabe, die Steuerventile zu löschen, nicht sicher erfüllen können. Auch ist es schon beschrieben wor den, parallel zu den Steuerventilen und den Sperr ventilen Blindstromventile in Antiparallelschaltung anzuordnen, welche bei induktiver Belastung des Wechselrichters den Blindstrom zu übernehmen ver mögen, d. h. vorübergehend Energie in die Gleich stromquelle zurückliefern.
Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter; vor zugsweise in Brückenschaltung, mit Löschkondensa- toren, welche die Steuerventile der Phasen im Takt der Frequenz löschen, und mit je Phase in Reihe mit den Steuerventilen liegenden Sperrventilen, wel che die Löschkondensatoren von der erzeugten Wech selspannung abriegeln. Erfindungsgemäss sind parallel zu den Steuer- und, Sperrventilen antiparallele Blind stromventile angeordnet und Mittel vorgesehen,
wel che das Abfliessen der Ladung der Löschkondensa- toren im Löschaugenblick durch die Blindstromven- tile verhindern.
An Hand: einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine derartige Wechsekichterschaltung, und zwar in drei- phasiger Brückenschaltung, ist in Fig. 1 dargestellt. 1 bis 6 sind die Steuerventile, beispielsweise steuer bare Siliziumzellen (Vierschichtentrioden). In Reihe mit diesen Ventilen liegen die -Sperrventile 7 bis 12.
Die Löschkondensatoren 13 bis 18 sind jeweils zwi- schen diesen beiden Ventilarten an die Phasen an geschlossen. Parallel zur Reihenschaltung dieser Ven tile liegen die antiparallelen -Blindleistungsventile 19 bis 24.
Es werden die letztgenannten Ventile steuerbar ausgeführt, beispielsweise ebenfalls als steuerbare S,ili- ziumzellen. Und zwar wird dafür Sorge getragen, dass beispielsweise das Blindleistungsventil 19 in dem Augenblick gesperrt ist,. in dem durch Öffnen des Steuerventils 2 das Steuerventil 1 gelöscht wird. Die ser Löschvorgang geht derart vor sich, d'ass sich beispielsweise der Löschkondensator 13 rückwärts über das . Steuerventil 1 zu entladen sucht und es zum Erlöschen bringt.
Wie man aus Fig. 1 erkennt, kann die Ladung des Kondensators 13 sich aber auch, über die Ventile 7, 19 und 2 ausgleichen, und zwar kurzschlussartig. Die Aufgabe :der Erfindung besteht darin, diesen kurzschlussartigen Strom zu verhindern. Da im betrachteten Zeitpunkt das Sperrventil 7 stromführend ist, kann dies dadurch erreicht werden, dass das Blindstromventil 1-9 zu diesem Zeitpunkt gesperrt wird.
Die nähere Betrachtung der Strom- verhältnisse ergibt nämlich, dass das Blindstromven - til 19 in dem betrachteten Zeitpunkt an sich nicht benötigt wird: Vielmehr übernimmt das Blind- Leistungsventil 22 beim Löschen von 1 den Strom der Phase R.
Aus der Figur erkennt man weiter, dass ein Teil des Entlädestromes von 13 auch über das Sperr ventil 10 und die Kondensatoren 16 bis 18 abfliessen kann. Nach der weiteren Erfindung wird daher auch das Sperrventil 10 im Löschzeitpunkt von 1 gesperrt. Dies ist deshalb möglich, weil 4 und 10 im Lösch- zeitpunkt von 1 nicht stromführend sind, sondern 6 und 12.
Durch die Anwendung der Erfindung wird erreicht, dass die ganze Ladeenergie des Kondensa- tors 13 zur sicheren Löschung von 1 zur Verfügung steht, so dass grosse Ströme unter allen Betriebs verhältnissen mit verhältnismässig kleinen Kondensa toren gelöscht werden können. Ausserdem werden in den Ventilen die kurzschlussartigen Entladeströme der Kondensatoren verhindert, d. h. die Ventile werden geschont, und es werden Verluste eingespart.
Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung bei Wechselrichtern für grosse Leistung und für höhere Frequenzen, bei denen der Löschvorgang sehr schnell vor sich gehen muss. Aus diesem Grund ist es auch zweckmässig, die Indüktivität des Entladekreises, bei spIelsweise des Kreises 13, 1 und 2, so klein wie möglich zu halten.
Durch die Anwendung der Erfindung wird es möglich, Wechselrichter für grosse Leistungen be triebssicher zu bauen. Fig. 2 zeigt eine Anwendung eines Wechselrichters nach der Erfindung, und zwar den regelbaren Antrieb eines Asynchronmotors M mit Schleifringläufer. Aus einem Drehstromnetz UVW über einen Gleichrichter 30 werden Sammel- schienen 31, 32 gespeist. An den Sammelschienen liegt eine Pufferbatterie 3.
Der Ladezustand dieser Batterie wird durch eine Tastschaltung geregelt, die aus einer löschbaren Triode 34, einer Diode 35 und einer Drossel 36 besteht. Bekanntlich kann man über derartige Tastschaltungen, eine Batterie in steuerbarer Weise entladen, und zwar auch dann, wenn die Spannung des Gleichrichters 30 kleiner ist als die Batteriespannung. An den Sammelschienen 31, 32 liegt der Wechselrichter 37 nach der Erfindung. Er speist über einen Umschalter 38 den Stator des Asynchronmotors M.
Der Umschalter 38 enthält beispielsweise eine Schaltanordnung für Umschaltung von Stern auf Dreieck oder auf Gleichstromerregung, letzteres zum Zweck d'es Abbremsens. Der Rotor des Asynchronmotors speist über einen Gleichrichter 39 eine zweite Tastschaltung, die aus der löschbaren Triode 40, der Diode 41 und der Drossel 42 besteht.
Diese Tastschaltung ermöglicht es, bei variabler Aus- gangsspannung des Gleichrichters gewünschte Strom stärken aus dem Gleichrichter auf die Sammel schienen 31, 32 bzw. in die Batterie 33 praktisch verlustlos zurückzugeben.
Ein Hilfsgleichrichter 43 speist eine kleine Hilfsbatterie 44, aus der über eine dritte Tastschaltung t. die zum Bremsen benötigte Gleichstromerregung des Stators entnommen wird. Man kann den Asynchronmotor auch dadurch brem sen, dass man die Frequenz des Wechselrichters unter die Maschinenfrequenz absenkt, oder dass man durch Vertauschen der Phasenfolge des Wechselrichters (d. h.
der Gitterimpulse) das Drehfeld im Stator um dreht. Unter Umständen muss man von allen drei Bremsmöglichkeiten Gebrauch machen, um am wir kungsvollsten und mit kleinstem Aufwand im Wech- selrichter 37, im Gleichrichter 39 und in der Tast- schaltung 40 bis 42 auszukommen.
Der Stern-Drei- eck-Schalter 38 ist dann erforderlich, wenn der Wech selrichter 37 zwar in der Frequenz einstellbar ist, nicht aber in der Grösse der Grundwellenspannung. Die Anpassung der Spannung an die Frequenz kann dann mit dem Stern-Dreieck-Schalter oder auch mit weiteren Umschaltungen der Statorwicklung erfolgen.
Je feinstufiger diese Umschaltungen mit variabler Frequenz erfolgen, um so geringer ist die Leistung, die über den Gleichrichter 39 und die Tastschal tung 40 bis 42 in das Gleichstromnetz 31, 32 zu rückgebremst zu werden braucht. Grundsätzlich ar beitet die gezeichnete Anordnung verlustlos, da die Schlupfenergie des Läufers nicht in Widerständen vernichtet, sondern der Batterie 33 zugeführt wird. Verwendet man steuerbare Halbleiterventile im Wechselrichter, im Gleichrichter und in den Tast- schaltungen, so sind die Verluste verhältnismässig klein.
Die Drosseln 36 und 42 werden dann klein und verlustarm, wenn die Tastfrequenz entsprechend hoch gewählt wird, beispielsweise 1000 Hz. Ent sprechend dieser hohen Frequenz müssen die Dros seln wirbelstromarm gebaut werden, ebenso auch - bei grossen Stromstärken - die Stromschienen, die Impulsströme führen.
Die Regelung des Ladestromes der Batterie 33 über die Tastschaltung 34 bis 36 hat gegenüber der bekannten Regelung mit Gittersteuerung des Gleich richters 30 oder mit Transformatoren den Vorteil, dass der Leistungsfaktor des Gleichrichters 30 stets hoch ist, beispielsweise 0,9 bis 0,95. Man kann diesen Leistungsfaktor noch weiter erhöhen, wenn man den Gleichrichter 30, ähnlich wie den Wechselrichter in Fig. 1, mit künstlicher Kommutierung ausstattet und den Phasenablösezeitpunkt vor den Phasenschnitt punkt legt.
Damit Gewicht, Preis und Verluste des Asynchronmotors ein Optimum erreichen, wird man diesen Motor für eine Frequenz auslegen., die u. U. wesentlich grösser ist als die übliche Frequenz von 50 oder 60 Hz, beispielsweise 100 bis 200 Hz. Man wird bei grossen Leistungen den Motor vierpolig bauen und u. U. seine Umdrehungszahl durch ein Getriebe an die Arbeitsmaschine anpassen.
Durch Wahl der Frequenz f des Wechselrichters 37, der Einstellung des Schalters 38 und des durch die Tast- schaltung 40 bis 42 geregelten Stromes I2 kann man sowohl die Umdrehungszahl des Motors M als auch sein Drehmoment bestimmen und schnell auf ge wünschte Werte bringen.
Beispielsweise kann man beim Anfahren vorübergehend die Statorspannung über den zur Anfahrfrequenz f gehörenden Wert erhöhen. 'Man erhält dann ein erhöhtes Anfahr- moment des Motors, insbesondere wenn man auch den Strom 12 im Rotorkreis vorübergehend über den Nennwert legt. Ebenso kann man in den beschriebe nen Fällen, in denen der Motor M sehr schnell laufen und nur ein geringes Drehmoment entwickeln muss, die Frequenz des Wechselrichters derart erhöhen, dass die Statorspannung des Motors weniger als den Nennfluss im Motor erzeugt.
Man spart in diesem Fall Verluste im Motor und erreicht übernormale Geschwindigkeiten.
Bei grossen Leistungen wird man die Sammel- schienenspannung 31, 32 hoch wählen, beispielsweise <B>1000</B> V oder höher. Die Batterie 33 muss als Puffer batterie ausgelegt werden, d. h. sie braucht keine grosse Kapazität zu haben, muss jedoch einen Teil der Leistungsspitzen des Motors M abgeben können, beispielsweise beim schnellen Anfahren die Hälfte der Gesamtenergie des Motors.
Die Anordnung nach der Erfindung hat den Vorteil, dass das Netz UVW durch die Pufferbatterie von den Belastungsspitzen entlastet wird, es wird nur stetig mit der mittleren Leistung des Antriebes belastet. Ebenso wird die Blindleistung des Motors M vom Netz ferngehalten, da sie vom Wechselrichter geliefert wird.
Wegen die ser vorteilhaften Eigenschaften kommt die Anord nung nach der Erfindung auch in Frage für Walz werksantriebe oder ähnliche Antriebe, die bislang in bekannter Weise durch Leonardumformer, Ilgner- Umformer oder Stromrichter-Antiparallefschaltungen versorgt wurden. Man hat ausserdem-- den Vorteil, dass die Kollektoren der letztgenannten Antriebe in Fortfall kommen. Das Wesentliche der in Fig. 2 gezeichneten Anordnung ist der Wechselrichter 37, der durch die Anordnung nach der Erfindung zuver lässig und für grosse Leistungen geeignet wird.
Sämt liche in Fig. -1 gezeichneten steuerbaren Dioden kön nen auch aus einer Kombination von Parallel- und Reihenschaltung aufgebaut werden, um grössere Span nungen und grössere Ströme zu beherrschen. Bei grossen Leistungen ist es u. U. auch erforderlich, die Phasenzahl des Wechselrichters 3,7 und des Gleich richters 39 über die übliche Zahl von drei zu erhöhen, um im Asynchronmotor sinusförmige Spannungen und Ströme zu erzielen.
Im übrigen wird man bei grossen Leistungen den Asynchronmotor in beson derer Weise bemessen und konstruieren, bezugneh- mend auf die Verhältnisse der Weclhselrichterspei- -sung im Stator und der Gleichrichterbelastung im Rotor. Um zu verhindern, dass die Ventile im Gleich richter 39 bei kleinen Frequenzen zu stark belastet werden, kann man dafür Sorge tragen, dass der Motor M stets mit einem übernormalen Schlupf ar beitet.
Dies bedeutet im vorliegenden Fall in erster Annäherung keine Leistungsverluste, da die Schlupf energie über die Tastschaltung 40 bis 42 zurück- gewonnen wird.
Man wird die Steuerung der beschriebenen Ein richtung automatisieren. dadurch, dass man die Fre quenz f des Wechselrichters mit der Stellung s des Schalters 38 und mit dem Tastverhältnis t2 des Ta sters 40 bis 42 derart automatisch koordiniert, dass die gewünschten Fahreigenschaften des Asynchron motors erzielt werden. Das Tastverhältnis t1 kann man derart automatisch regeln, dass ein gewünschter mittlerer Ladezustand der Pufferbatterie aufrecht erhalten wird.
Unter Umständen ist es vorteilhaft, den Wechsel richter in Fig. 1 mit einer Glättungsdrossel 45 und einem Kondensator 46 auszustatten.
Zum schnellen Abbremsen des Motors M nach einem bestimmten Programm kann auch der Brems gleichstrom im Stator des Motors über die Tast- schalteng t3 in Verbindung mit den anderen Regel grössen geregelt werden.
Die Rotorspannung des Motors wird man der artig dimensionieren, dass die vom Gleichrichter 39 erzeugte Gleichspannung im Höchstfall- nicht grösser wird als die Sammelschienenspannung 31, 32, da andernfalls die Tastschaltung 40 bis 42 umgekehrt werden müsste.
Das ungewollte Abfliessen der Ladung des Lösch- kondensators im Löschaugenblick kann statt durch Gittersperrung der Sperr- und Rückstromventile auch dadurch verhindert werden, dass in Reihe mit diesen Ventilen Drosseln geschaltet werden. Letztere müssen so bemessen werden, dass sie während der Frei werdezeit der Steuerventile dien Kondensatorstrom genügend aufstauen, anderseits jedoch dem Fliessen des Laststroms keinen zu grossen Widerstand bieten..
Gegebenenfalls kommen vorerregte Drosseln mit hochwertigen, wirbelstromarmen Eisenkernen in Frage. Unter Umständen. können die Drosseln auch vor die Löschkondensatoren geschaltet werden..
Fig. 2 stellt nur ein, einzelnes Anwendungsbeispiel des Wechselrichters nach der Erfindung dar.
Statt des Asynchronmotors mit Schleifringen kann in an@ deren Schaltungen auch ein Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer über den Wechselrichter betrieben werden, insbesondere wenn die Spannung des Wech selrichters durch die Sperrventile 7 bis 12, die nach der Erfindung ein. Steuergitter erhalten, zur Span nungsregelung des Wechselrichters herangezogen wer den, derart, dass im wesentlichen die Spannung des Wechselrichters mit der Frequenz linear ansteigt.
In diesem Fall kann der Umschalter 38 entbehrt werden. Aber auch Antriebe mit Synchronmotoren, beispiels weise für Schiffe, können mit dem Wechselrichter nach der Erfindung ausgestattet werden. In derartigen Fällen wird das Netz UVW beispielsweise von einem Dieselmotor oder einer Gasturbine mit Energie ver sorgt, wobei die Frequenz dieses Netzes wesentlich grösser als 50 Hz gewählt werden kann. Die.
Anord nung nach der Erfindung hat auch in diesen Fällen den Vorteil, dass die primäre Kraftmaschine nicht mit den Leistungsspitzen des Motors NI belastet wird.