Selbstgeführter Mehrphasen-Wechselrichter Bei einem selbstgeführten Wechselrichter stehen die Strom- und Spannungsbeanspruchung der Ventile, insbesondere die sogenannte Anodensperrbeanspru- chung dieser Ventile bekanntlich in einem bestimmten Zusammenhang mit der Höhe des Gleichstromes und der Gleichspannung der Gleichspannungsquelle, von welcher die Gleichstromeinspeisung des Wechselrich ters erfolgt.
Dieser Umstand stellt in vielen Fällen ein Hinder nis dar, die Ventildaten an die Strom- und Spannungs werte der Gleichspannungsquelle anzupassen. Dies gilt insbesondere für Wechselrichter mit Halbleiterventilen, beispielsweise Silizium-Halbleiterzellen, die in der Zweipulsschaltung eine Gleichspannung von nur we nigen Hundert Volt zulassen.
In zahlreichen Anwendungsfällen von Wechselrich tern ist es jedoch erwünscht, eine Gleichspannungs- quelle mit einer höheren Gleichspannung, als in den bekannten Schaltungen zulässig ist, verwenden zu kön nen. Diese Fälle liegen insbesondere dann vor, wenn die Gleichstromeinspeisung des Wechselrichters durch einen Gleichrichter erfolgen soll. Geht man beispiels weise davon aus, dass ein Drehstromnetz mit einer verketteten effektiven Spannung von 380 V vorliegt, an welches ein Gleichrichter in einer Dreiphasen-Brük- kenschaltung angeschlossen ist, so würde die Gleich spannung etwa 500 V betragen, die für die Ventile eines zweipulsigen Wechselrichters unzulässig hoch wäre.
Die Schwierigkeit kann zwar grundsätzlich durch eine Reihenschaltung von zwei oder oder mehreren Ventilen beseitigt werden. Diese Massnahme erfordeit aber zusätzliche Schaltmittel, beispielsweise die Paral lelschaltung von Widerständen, meist noch in Verbin- dung mit Kondensatoren, um eine gleichmässige Span nungsaufteilung auf die in Reihe geschalteten Ventile sicherzustellen. Dies ist aber aufwendig und bedingt ausserdem zusätzliche Verluste.
Diese Schwierigkeiten sollen durch die Erfindung überwunden werden, ohne die angezeigten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Hierbei ist angenommen, dass es sich um einen Mehrphasen-Wechselrichter handelt, dessen Phasen von einer gemeinsamen Gleich spannungsquelle gespeist werden.
Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstgeführ ten Mehrphasen-Wechselrichter, vorzugsweise mit steuerbaren Halbleiterventilen, welcher aus einer an eine speisende Gleichspannungsquelle angeschlossenen Schaltungskombination aus mehreren Einphasen- Wechselrichtern mit je einem Gleichstromeingang und je einem Wechselstromausgang besteht, welche mit zu gehörigen Ausgangstransformatoren verbunden sind, deren Sekundärwicklungen untereinander zu einem symmetrischen Mehrphasensystem verbunden und symmetrisch belastet sind, wobei die Ventile der Ein phasen-Wechselrichter derart symmetrisch phasenver setzt gesteuert sind,
dass die Spannungen des Mehr phasensystems eine symmetrisch versetzte Phasenlage aufweisen.
Die Erfindung besteht darin, dass die Gleichstrom eingänge der Einphasen-Wechselrichter, deren Span nungen an den Wechselstromausgängen eine sym metrisch versetzte Phasenlage aufweisen, in Reihe geschaltet mit der speisenden Gleichspannungsquelle verbunden sind, und den Gleichstromeingängen der Einphasen-Wechselrichter je ein Kondensator von untereinander gleicher Kapazität parallel geschaltet ist. Zwei Beispiele derartiger Schaltungen sind in Fig.
1 und 2 als Blockschaltbild wiedergegeben. Die Schal tungen beziehen sich auf Dreiphasen-Wechselrichter, bei welchen die Sekundärwicklungen der Ausgangs transformatoren in dem Beispiel nach Fig. 1 in Stern, und die Sekundärwicklungen der Ausgangstransforma toren in dem Beispiel nach Fig. 2 in Zickzack_geschal- tet sind.
In Fig. 1 sind 1,2 und 3 drei selbstgeführte Einpha- sen-Wechselrichter mit je einem Gleichstromeingang und einem Wechselstromausgang. Die von diesen Wechselrichtern erzeugten Wechselspannungen sind an den Primärwicklungen der zugehörigen drei Aus gangstransformatoren 4,5 und 6 wirksam. Die Sekun därwicklungen dieser Transformatoren sind in Stern geschaltet. Der Sternpunkt ist mit 0, die der drei Anschlussklemmen der Dreiphasenwechselspannungen sind mit U, V, W bezeichnet. An diese Klemmen ist eine nicht dargestellte, symmetrische Belastung an geschlossen.
Die Ventile der drei Einphasen-Wechselrichter sol len durch ein Steuergerät 10 in bekannter Weise sym metrisch phasenversetzt gesteuert werden, so dass bei erfolgender Gleichstromeinspeisung die Spannungen der Wechselstromausgänge eine symmetrisch versetzte Phasenlage aufweisen.
Die Gleichstromeingänge der drei Einphasen-Wech- selrichter sind erfindungsgemäss in Reihe geschaltet mit der durch die Klemmen + und - bezeichneten speisenden Gleichspannungsquelle verbunden. Ausser- dem ist jedem dieser Gleichstromeingänge ein Konden sator parallel geschaltet.
Die mit 7, 8, 9 bezeichneten Kondensatoren haben die gleiche Kapazität, die so gross ist, dass eine hinreichende Glättung der Teil gleichspannungen bei kurzzeitig unterschiedlichen Augenblickswerten der Gleichströme der Einphasen- Wechselrichter gewährleistet ist.
Wenn der Mehrphasen-Wechselrichter annähernd symmetrisch belastet ist, sind auch die Mittelwerte der von den drei Einphasen-Wechselrichtern 1, 2, 3 auf genommenen Gleichströme etwa gleich. Dadurch ergibt sich eine annähernd gleichmässige Aufteilung der mit U; bezeichneten Gesamt-Gleichspannung auf die ein zelnen Wechselrichter.
Bei dieser Anordnung kann die Gleichspannung U, den dreifachen Wert der für jeden einzelnen Einpha- sen-Wechselrichter zulässigen Gleichspannung haben. Ein weiterer Vorteil der Schaltung besteht darin, dass die annähernd gleichmässige Aufteilung der Spannung der Gleichspannungsquelle auf die drei Einphasen- Wechselrichter stabil ist.
Denn angenommen, es würde eine Phase auf der Wechselstromseite stärker belastet als die beiden anderen Phasen, so würde der Gleich strom des zugehörigen Einphasen-Wechselrichters an steigen, was zur Folge hätte, dass die Gleichspannung dieses Wechselrichters absinkt. Damit würde auch des sen Wechselspannung absinken, wodurch aber verhin dert ist, dass die Stromerhöhung in der betreffenden Phasen überhaupt dauernd zustande kommt. Jede GleichgewichtsstörÜng der Belastungsverteilung wird infolgedessen selbsttätig ausgeglichen.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung eines Drei phasen-Wechselrichters sind die Sekundärwickhmgen der Ausgangstransformatoren, wie bereits gesagt, in Zickzack geschaltet. Dementsprechend sind sechs Aus gangstransformatoren vorgesehen, welche an sechs Einphasen-Wechselrichtern angeschlossen und deren Sekundärwicklungen paarweise in Reihe geschaltet sind.
Diese bestehen aus zwei Gruppen von Einphasen- Wechselrichtern, welche mit 11, 12, 13 und mit 14, 15, 16 bezeichnet sind. Ihre Ausgangstransformatoren sind mit 17, 18, 19 und mit 20, 21, 22 bezeichnet. Die Ven tile dieser Wechselrichter sind durch ein Steuergerät 29 derart gesteuert, dass die Wechselspannungen der er-. sten Gruppe eine symmetrisch versetzte Phasenlage und die Wechselspannungen der zweiten Gruppe eben falls eine symmetrisch versetzte Phasenlage aufweisen.
Die Phasenversetzung der Wechselspannungen der beiden Gruppen zueinander ist in bekannter Weise so gewählt, dass mit der Reihenschaltung der Sekundär wicklungen der Transformatoren 17, 20 bzw. 18, 21 bzw. 19, 22 und der Bildung eines Sternpunktes eine dreiphasige Zickzackschaltung entsteht. Dies hat, wie bekannt ist, zur Folge, dass je zwei Einphasen-Wech- selrichter, die zu verschiedenen Ausgangsphasen ge hören, ein gleicher Steuerwinkel der Ventile zukommt. Der Sternpunkt der Zickzackschaltung ist mit 0, die drei Anschlussklemmen sind mit U, V, W bezeichnet.
Die Gleichstromeingänge der Einphasen-Wechsel- richter der einen vorgenannten Gruppe sind in Reihe geschaltet mit der durch die Klemmen + und - be zeichneten speisenden Gleichspannungsquelle verbun den. Ebenso sind die Gleichstromeingänge der Einpha- sen-Wechselrichter der anderen Gruppe in Reihe ge schaltet mit der Gleichspannungsquelle verbunden. Die infolge der Reihenschaltung gemeinsam eingespeisten Wechselrichter haben Ausgangsspannungen mit unter schiedlicher Phasenlage, da sie, jede Gruppe für sich, ein Dreiphasensystem bilden.
Die Gleichstromeingänge der einen Wechselrichtergruppe durch die Kondensa toren 26, 27, 28 mit untereinander gleicher Kapazität überbrückt.
Es kann mitunterzweckmässig sein, die Gleichstrom eingänge der jeweils zu verschiedenen Gruppen ge hörenden Einphasen-Wechselrichter, deren Sekundär wicklungen der Ausgangstransformatoren in Reihe geschaltet sind, einzeln parallel zu schalten. Dies kann in dem Beispiel nach Fig. 2 durch Querverbindungen erfolgen, welche gestrichelt angedeutet sind.
Mit diesen beschriebenen Schaltungsbeispielen sind Ausbildungsmöglichkeiten von Mehrphasen-Wechsel- richtern nach der Erfindung nicht erschöpft. Das Schal tungsprinzip, das an Beispielen von Dreiphasen-Wech- selrichtern erläutert wurde, kann auch auf alle anderen symmetrischen Mehrphasen-Wechselrichter anderer Schaltung und höherer Phasenzahl angewendet werden.