CH412092A - Elektrische Speiseeinrichtung mit einem statischen Wechselrichter - Google Patents

Description

  Elektrische Speiseeinrichtung mit einem statischen     Wechselrichter       Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische  Speiseeinrichtung mit einem statischen Wechselrichter,  der zweckmässig mit elektronischen Schaltelementen,  insbesondere Stromtoren mit begrenzter Spannungsfe  stigkeit bestückt ist.  



  Eine Wechselspannung lässt sich bekanntlich durch  periodisches Ein- und Ausschalten eines Gleichstrom  kreises gewinnen. Zur Durchführung dieses     Verfahrens     werden .in letzter Zeit vorwiegend elektronische Mittel,  wie Röhren, Transistoren oder Stromtore,     verwendet.     Diese Bauelemente müssen so beschaffen sein, dass  sie die Speisegleichspannung mit Sicherheit sperren  können. Da sich die erwähnten Bauelemente, insbeson  dere auch     Halbleiterstromtore    nur mit einer begrenzten  Spannungsfestigkeit herstellen lassen, ist es bei hohen  Gleichspannungen erforderlich, mehrere Schaltelemen  te in Serie anzuordnen. Bei derartigen Schaltungen  bereitet es Schwierigkeiten, alle Schaltelemente synchron  zu steuern.

   Ausserdem steigen die Anlagekosten     u.U.     ganz erheblich an, vor allem dann, wenn die Anlage  mit     Halbleiterstromtoren    aufgebaut werden, einem  Schaltelement, dessen Preis verglichen mit den übrigen  Bauteilen des Wechselrichters noch relativ hoch ist.  Gerade bei solchen Wechselrichtern mit Stromtoren  liegt aber die     maximal    zulässige Speisegleichspannung       verhältnismässig    niedrig (ca. 50V), obgleich die maxi  mal zulässige Sperrspannung wesentlich höher     liegt.     Die Ursache hierfür ist in der besonderen Schaltungs  technik dieser Wechselrichter begründet.

   Es handelt  sich hierbei nämlich meist um Anordnungen, bei denen  zwei Stromtore zusammen mit einem Transformator  mit mittelangezapfter Primärwicklung eine sogenannte       Mittelpunktschaltung    bilden, und bei der parallel zur  gesamten Primärwicklung ein Löschkondensator liegt.    Beim     Umladevorgang    dieses Löschkondensators treten  Spannungen auf, die den vierfachen Wert der Speise  gleichspannung erreichen können. Für diese maximale  Spannung ist daher der Wechselrichter zu bemessen.  



  In den angegebenen Fällen lässt sich gemäss der  Erfindung     eine    wesentlich günstigere     Dimensionierung     erzielen, wenn die Speisegleichspannung in einem prak  tisch verlustlos     arbeitenden    Gleichstromumformer  soweit herabgesetzt wird, dass jeder Zweig des Wechsel  richters nur mit einem einzigen Stromtor bestückt zu  werden braucht.  



       Eine    solche Lösung ist besonders dann vorteilhaft,  wenn der Wechselrichter nur eine verhältnismässig  kleine Wechselspannung in der Grössenordnung von 20  bis 60V zu     liefern    braucht, für die Speisung des Wech  selrichters aber nur ein     Gleichspannungsnetz    von eini  gen 100V,     z.B.    212V zur Verfügung steht. Solche Ver  hältnisse liegen beispielsweise in den     Stromversorgungs-          anlagen    für     nachrichtentechniche    Geräte vor. Hier  besteht beispielsweise die Aufgabe, die Amtsspannung  unabhängig vom Ladezustand der Pufferbatterien auf  einem konstanten Wert von beispielsweise 212V zu  halten.

   Es wurde hierzu bereits vorgeschlagen, einen  Wechselrichter zu verwenden, der die     Spannungsdiffe-          renz    zwischen der     Anlagenspannung    der Amtsbatterie  und der geforderten Sollspannung ausgleicht und der  ebenfalls an die Amtsbatterie angeschlossen ist. Der  Vorteil der Erfindung .gerade in diesem Anwendungs  fall liegt auf der Hand, da die Speisespannung im       günstigsten    Fall immer noch 190V beträgt, der Wech  selrichter aber nur maximal 30V zu liefern braucht.  



  Zur Umformung der Gleichspannung sind am be  sten solche Einrichtungen geeignet, die aus einem Ener  giespeicher bestehen, der über einen elektronischen      Schalter an die     Gleichspannungsquelle    angeschlossen  ist. Die Höhe der am Speicher liegenden Spannung  ist bei einer solchen Einrichtung abhängig von dem  Verhältnis der     Stromflusszeit    zur Strompause, das sich  durch bekannte Mittel leicht verändern lässt.  



       Als        elektronischer    Speicher wird vorzugsweise ein  Kondensator verwendet, der über eine Längsdrossel  und den Schalter an die     Gleichspannungsquelle    ange  schlossen ist. Der Wechselrichter liegt hierbei parallel  zum Kondensator.  



  Als Schalter wird vorzugsweise ein Stromtor ver  wendet, dem ein Löschkondensator über ein     Hilfs-          stromtor    parallelgeschaltet ist. Dem     Hauptstromtor     werden hierbei in einem konstanten Abstand periodisch  Zündimpulse zugeführt. Sobald das     Hilfsstromtor    ge  zündet wird, entlädt sich der Löschkondensator über  das     Hauptstromtor,    so dass dieses sperrt.

   Die     Strom-          flussdauer    lässt sich daher durch Verändern der Pha  senlage, der dem     Hilfsstromtor    zugeführten     Zünd-          impulse    relativ zu dem     Hauptstromtor    zugeführten  Zündimpuls verändern. Macht man diesen Phasen  winkel von der Abweichung der Ausgangswechselspan  nung von einem vorgegebenen Sollwert abhängig, dann  lässt sich auf diese Weise zusätzlich die abgegebene  Wechselspannung auf einem konstanten Wert halten.  



  Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der  Zeichnung dargestellt. Dort ist mit 1 der Wechselrichter  bezeichnet, der über den Gleichstromumformer 2 an  die Speisebatterie 3 angeschlossen ist.  



  Der Wechselrichter 1 besteht im wesentlichen aus  einem Transformator 11, mit mittelangezapfter Pri  märwicklung 111 und einer Sekundärwicklung 112, von  der die gewünschte Wechselspannung abgegriffen  werden kann. Die     Mittelanzapfung    der Primärwicklung  ist mit der positiven Klemme 282 des Umformers 2  verbunden. Die äusseren Anschlüsse der Primärwick  lung sind einerseits über die Diode 161, das Stromtor  121, andererseits über die Diode 162 und das Stromtor  122 und die gemeinsame Drossel 15 an die negative  Klemme 281 angeschlossen. Die Anoden der beiden  Stromtore sind über den Löschkondensator 13 miteinan  der verbunden. Ausserdem ist die Klemme 281 über  zwei Dioden 171 und 172 mit     Anzapfungen    der Se  kundärwicklung 112 des Transformators verbunden.

    Den Steuerstrecken der beiden Stromtore 121 werden  von einem Steuersatz 14     abwechselnd        Zündimpulse     zugeführt. Wenn eines der Stromtore     durchgesteuert     ist, lädt sich der Löschkondensator 13 auf die dop  pelte Speisespannung U$ auf. Beim Zünden des ande  ren Stromtores wird das bisher leitende gelöscht. Zu  gleich lädt sich der Kondensator 13 um. Bei diesem       Umladevorgang    kann die Spannung - abhängig von  der Grösse der Verluste - einen mehrfachen Wert  der Speisespannung UB annehmen.

   Dies ist darauf zu  rückzuführen, dass der Kondensator mit der     Streuin-          duktivität    der     Primärwicklung    des     Transformators     einen Schwingkreis bildet.  



  Wenn     z.B.    die maximale Sperrspannung der Strom  tore mit 200V vorgegeben ist, dann sollte bei den ange  gebenen Verhältnissen die Speisespannung UB nicht    grösser als 50V     betragen.    Diese Bedingung lässt sich  durch den vorgeschalteten Gleichstromumformer erzie  len. Der Energiespeicher 21 besteht hierbei aus einem  Kondensator 212, der parallel zu den Ausgangsklem  men 281 und 282 liegt und der einerseits über eine  Drossel 211 und ein     Hauptstromtor    22 und die Klem  me 291 an den negativen Pol, andererseits über die  Klemme 282 an den positiven Pol der Speisebatterie  3 angeschlossen ist.

   Der Löschkondensator 23 ist über  ein     Hilfsstromtor    24 dem     Hauptstromtor    22 und über  einen Widerstand 25 dem Energiespeicher 212 parallel  geschaltet. Dem Eingang des Energiespeichers liegt  die Nullanode 26 parallel. Den     Steurstrecken    der beiden  Stromtore 22 und 24 werden abwechselnd periodisch  Zündimpulse zugeführt, die von einem Steuersatz 27  geliefert werden und deren Abstand voneinander so  eingestellt wird, dass sich an den Klemmen 281 und  282 die gewünschte Gleichspannung ergibt. Gegebenen  falls kann der Abstand der Zündimpulse von der  Abweichung der Wechselspannung des Wechselrich  ters von einem Sollwert abhängig gemacht und so die  Ausgangswechselspannung auf einem konstanten Wert  gehalten werden.  



  Sobald das Stromtor 22 durch einen Impuls ge  zündet ist, fliesst über den Wechselrichter Strom.  Zugleich lädt sich der Löschkondensator 23 und der  Speicherkondensator 212 auf. Letzterer bestimmt die  am Wechselrichter liegende Spannung. Das Hilfsstrom  tor 24 wird gezündet, sobald die Spannung an dem  Kondensator 212 den vorgegebenen Grenzwert erreicht.  Der Kondensator 23 entlädt sich dann über das Strom  tor 22, so dass dieses sperrt. Die Drossel 211 hält in  dieser Sperrphase den Stromfluss über den Wechsel  richter und über die Nullanode 26 aufrecht. Die Spei  sespannung wird hierbei etwas absinken, da sich der  Kondensator 212 ebenfalls über den Wechselrichter zu  entladen beginnt. Bevor jedoch diese Kondensator  spannung merklich abgesunken ist, wird das Haupt  stromtor wieder gezündet und der Kondensator 212  wieder auf den vorgegebenen Wert aufgeladen usw.

    Die Höhe der am Kondensator 212 liegenden mittleren  Gleichspannung ist somit offensichtlich von den Zeit  konstanten des Lade- und     Entladekreises    sowie von dem  Verhältnis der     Stromflusszeit    zur Strompause des von  der Batterie 3 gelieferten Stromes abhängig.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Elektrische Speiseeinrichtung mit einem statischen Wechselrichter, bei dem zwei Stromtore mit einem Transformator mit mittelangezapfter Wicklung in einer Mittelpunktschaltung angeordnet sind, dadurch gekenn zeichnet, dass die Speisegleichspannung in einem prak tisch verlustlos arbeitenden Gleichstromumformer so weit herabgesetzt wird, dass jeder Zweig des Wech selrichters nur mit einem einzigen Stromtor bestückt zu werden braucht. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Gleichstromumformer einen Energiespeicher besitzt, der über einen vorzugsweise elektronischen Schalter an die Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, und dass der Schalter periodisch ein- und ausgeschaltet wird, wobei die Grösse der von dem Umformer gelieferten Gleichspannung von dem Ver hältnis der Stromflusszeit zur Strompause abhängt. 2. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Energiespeicher aus einer Längsdrossel und einem Querkondensator besteht. 3. Einrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass am Eingang des Energiespeichers eine Nullanode vorgesehen ist. 4.

   Einrichtung nach einem der Unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als elektronischer Schalter ein Stromtor verwendet ist. 5. Einrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass ein Löschkondensator vorgesehen ist, der über ein Hilfsstromtor dem Hauptstromtor und über einen Ladewiderstand dem Energiespeicher par allelliegt. 6. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass das Verhältnis von Stromflusszeit zu Strompause von der Abweichung der vom Wechsel richter gelieferten Wechselspannung von einem Soll wert abhängig ist.