CH632882A5

CH632882A5 - Inverter mit stillsetzungsschaltung.

Info

Publication number: CH632882A5
Application number: CH141278A
Authority: CH
Inventors: Thomas Edwin Anderson; Ole Nordftrom Ibsen; Loren Haines Walker
Original assignee: Cyberex Inc
Priority date: 1977-02-22
Filing date: 1978-02-08
Publication date: 1982-10-29
Also published as: JPS53111428A; US4107771A; GB1594301A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Inverter mit einer Stillsetzungsschaltung und einer Last.

Zur Bildung zuverlässiger Stromversorgungsquellen für kritische Übertragungssysteme zur Speisung einer kritischen Last, wie diese etwa ein Computer darstellt, sind solche vorgenannten ununterbrechbaren Stromversorgungsquellen üblich, welche mit Inverter ausgerüstet sind, die eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandeln. Die kritische Last verlangt hierbei eine Spannungsquelle, welche sich bezüglich Grösse und Frequenz in sehr engen Toleranzgrenzen hält. Um

Einflüsse auf die Last bei Fehlern in Inverter zu vermeiden, sind zusätzliche Stromversorgungsquellen am System eingeschaltet, die bei einem Ausfall des einen Systems die Versorgung übernehmen. Um aber bereits mit dem Ausfall des Inverters s Spannungsänderungen im Übertragungssystem zu vermeiden, sind in solchen Schaltungen die inverter mit einer Stillsetzungsschaltung versehen. Solche Inverter können einen Einphasenoder Mehrphasen-Inverter umfassen, wobei der Inverter einen Zweig oder mehrere Zweige pro Phase haben kann. Ein solcher io Inverter ist im US-Reissue-Patent Nr. 26 342 des gleichen Anmelders ausführlich beschrieben. Ferner kann der Inverter auch vom Typ wie im US-Patent Nr. 3 207 974 des gleichen Anmelders beschrieben sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun die Schaffung i5 einer Schaltung der vorgenannten Art, welche in der Lage ist, bei einem Fehler in der Inverterschaltung den Inverter sofort stillzusetzen, um so die gestörte Stromversorgungsquelle vom kritischen Übertragungssystem augenblicklich zu trennen.

Dies wird nun erfindungsgemäss durch die kennzeichnen-20 den Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht.

Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Inverter-Schaltung mit einer Stillsetzungsschal-25 tung und

Fig. 2 ein Detail der Schaltung nach Fig. 1.

Gemäss Fig. 1 umfasst die dargestellte Schaltung einen selbstumschaltenden Inverter 10, einen Stromrichtungs- und Schwellwert-Detektor 12, erste und zweite UND-Schaltung 14 30 und 16, erste und zweite monostabile Multivibratoren 18 und 20 sowie Sperrschalter 22,24,26,28.

Der Inverter 10 umfasst erste und zweite gesteuerte Gleichrichter 30 und 32 in einen Zweig und im anderen Zweig dritte und vierte gesteuerte Gleichrichter 34 und 36, ferner erste bis 35 vierte Dioden 38,40,42 und 44 und erste und vierte Kommuta-tionskreise 46,48,50 und 52; erste und zweite strombegrenzende Drosseln 54 und 56; erste und zweite Sekundärwicklungen 58 und 60 sowie erste und zweite Sperrdioden 62 und 64. Den Gleichrichtern 30,32,34 und 36 sind ferner die Dioden 38, 40 40,42 und 44 parallel und mit umgekehrter Polarität geschaltet. Die Drossel 54 ist zwischen die Kathode des Gleichrichters 30 und die Anode des Gleichrichters 32 geschaltet, wogegen die Drossel 56 zwischen Kathode des Gleichrichters 34 und Anode des Gleichrichters 36 geschaltet ist. Die Anoden der Gleich-45 richter 30 und 34 sind elektrisch mit dem Pluspol einer nicht näher gezeigten Gleichstromquelle verbunden, wogegen die Kathoden der Gleichrichter 32 und 36 mit deren Minuspol verbunden sind. Die Kommutationskreise 46 und 50 sind zwischen dem Pluspol und der Mittelanzapfung der betreffenden Drossel so 54 bzw. 56 geschaltet; die Kommutationskreise 48 und 52 hingegen zwischen der Mittelanzapfung und dem Minuspol. Fig. 1 zeigt, dass die Sekundärwicklungen 58 und 60 mit den betreffenden Drosseln 54 bzw. 56 induktiv gekoppelt sind, wobei ein Ende dieser Sekundärwicklungen 58 und 60 elektrisch mit dem 55 Minuspol und die anderen Enden mit den Anoden der zugeordneten Sperr-Dioden 62 bzw. 64 verbunden sind. Die Kathoden der Sperrdioden 62 und 64 sind elektrisch mit dem Pluspol verbunden. Hierbei bildet die Mittelanzapfung der Drosseln 54 und 56 einen Ausgang für jeden Zweig des Inverters 10, zwi-60 sehen welchen Ausgängen die Serieschaltung eines Strom- . transformers 68 und der Last 66 geschaltet ist.

Die Steueranschlüsse Gì, G2, G3 und G4 der Gleichrichter 30,32,34 bzw. 36 erhalten ihre Steuersignale von einem nicht näher gezeigten Steuerimpulsgenerator, um diese Gleichrich-65 ter in einem von der Frequenz der gewünschten Ausgangsspannung am Inverter bestimmten Rhythmus durchzuschalten.

Ein geeigneter Steuerimpulsgenerator kann ferner so sein, wie im 4. Kapitel des Silicon Controlied Rectifier Manual, 2.

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Auflage, 1961, von General Electric Company beschrieben.

Der genannte Stromtransformator 68 in Serie der Last 66 umfasst Mittel, die die Feststellung der Richtung und der Grösse des momentanen Last-Stromes erlauben. Hierbei ist der Ausgang dieses Stromtransformators 68 elektrisch mit dem Eingang des Detektors 12 verbunden. Wenn nun der Strom die Last in einer ersten Richtung gemäss Pfeil in Fig. 1 durchströmt und eine Grösse über einem Schwellwert besitzt, erscheint am Ausgang des Detektors 12 ein erstes Signal, welches an den einen Eingang des UND-Schalters 14 gelangt. Erfolg dieser Stromfluss mit einer Grösse über dem Schwellwert in der anderen Richtung durch die Last, erscheint ein zweites Ausgangssignal des Detektors 12 am anderen UND-Schalter 16. Wird dann ein Fehler in der Stromversorgungsquelle festgestellt, etwa ein Schaltfehler des Inverters oder eine Rückleistung in diesem, erscheint an beiden UN D-Schaltern 14 und 16 ein Stillsetzungssignal. Gelangen das erste Detektor-Signal und das Stillsetzungssignal gleichzeitig zum Eingang des UND-Schal-ters 14, erscheint am Ausgang des UND-Schalters 14 ein Ausgangssignal, das zum Eingang des ersten monostabilen Multivi-brators 18 gelangt. Dieser erzeugt dann einen ersten Zündimpuls, welcher zu den Gleichrichtern 32 und 34 gelangt, deren Durchschaltung dann sofort zu einer Überbrückung der Last führt und diese stromlos wird. Gelangen in ähnlicher Weise das zweite Signal vom Detektor und das Stillsetzungssignal gleichzeitig zum Eingang des UND-Schalters 16, gelangt ein entsprechendes Ausgangssignal zum monostabilen Multivibrator 20. Dessen Ausgangssignal zündet dann die Gleichrichter 30 und 36, was wieder die Last augenblicklich stromlos macht.

An dieser Stelle sei erwähnt, dass die genannten Multivibra-toren 18 und 20 von beliebiger herkömmlicher Bauweise sein können, soweit sie Zündimpulse von ausreichender Dauer liefern, um die Gleichrichter zu schalten.

Das vorgenannte Stillsetzungssignal wird zudem an die Steuereingänge der Sperrschalter 22,24,26 und 28 geführt, welche darauf jedes reguläre Zünden der Gleichrichter sperren, um ein rasches Stillsetzen des Inverters zu erreichen.

Der in Fig. 2 näher gezeigte Stromrichtungs- und Schwellwert-Detektor 12 umfasst hier Leistungs-Widerstände 70 und 72 und herkömmliche Spannungs-Vergleichsschaltungen 74 und 76. Die Widerstände sind hierbei zwischen dem Ausgang des Stromtransformators und Erde geschaltet und so gewählt, dass deren Widerstandswert eine an den Eingang jeder Vergleichsschaltung anlegbare Spannung ergibt. An einen zweiten Eingang der einen Vergleichsschaltung 74 wird weiter eine positive Reverenzspannung + VR und am zweiten Eingang der anderen Vergleichsschaltung 76 eine negative Reverenzspannung - Vr angelegt.

Die Grösse der positiven Reverenzspannung + VR und der Wert des Widerstandes 70 sind dabei so gewählt, dass bei einem Laststrom in einer ersten Richtung eine positive Spannung über dem Widerstand 70 entsteht gleich oder grösser der Reverenzspannung + VR, worauf am Ausgang der Vergleichsschaltung 74 das vorgenannte erste Signal für den UND-Schalter 14 erscheint. Gleichermassen sind die Grösse der negativen Reverenzspannung - Vr und der Wert des Widerstandes 72 so gewählt, dass bei einem Laststrom in der anderen Richtung eine negative Spannung über dem Widerstand 72 entsteht gleich oder grösser der Reverenzspannung - VR, worauf am Ausgang der anderen Vergleichsschaltung 76 das vorgenannte zweite Signal für den UND-Schalter 16 entsteht.

Der vorbestimmte Auslösepunkt der Vergleichsschaltungen 74 und 76 ist dabei so hoch, dass auf ein Stillsetzungssignal hin der Laststrom weder Null wird noch seine Richtung wechselt, bis beide Gleichrichter eines Zweiges in den Sperrzustand umgeschaltet haben. Somit ergibt sich ein vorbestimmter Schwellwertstrom nach der Gleichung:

Jt^

VccAT

wobei Vcc der Spannung der Gleichstromquelle, ÄT der Zeit für 5 ein Umschalten der Gleichrichter eines Zweiges in den Sperrzustand und L der Induktanz der Last 66 entspricht, soweit diese Last induktiv ist.

Somit ist bei einem gegebenen Schwellwertstrom JTder Wert der Widerstände 70 und 72 sowie die Grösse der Reve-lo renzspannung an den Vergleichsschaltungen 74 und 76 gegeben.

Soll nun im Betrieb der vorbeschriebenen Schaltungsanordnung auf ein Fehler im System hin der Inverter rasch stillgesetzt werden, wird den UND-Schaltern 14 und 16 ein Stillset-15 zungssignal zugeführt. Fliesst dabei der überwachte Momentanstrom durch den Strom-Transformator 68 und die Last 66 in der in Fig. 1 angedeuteten Richtung und weist einen Wert auf grösser oder gleich dem vorbestimmten Schwellwert-Strom IT, wird die Spannung über dem Widerstand 70 in Fig. 2 positiv 20 und grösser oder gleich + VR, wodurch ein erstes Signal am Ausgang der Vergleichsschaltung 74 erzeugt wird, welches Signal an den Eingang des UND-Schalters 14 gelangt. Daraufhin erscheint an dessen Ausgang ein Signal, welches zum Eingang des monostabilen Multivibrators 18 gelangt, welcher 25 einen ersten Zündimpuls an die Zündelektroden der gesteuerten Gleichrichter 30 und 32 abgibt. Diese schalten durch und lösen einen Umschalt-Zyklus aus, welcher die Gleichrichter 30 und 36 innerhalb eines normalen Umschalt-Intervalles von etwa 34 Mikrosekunden sperrt. Dieser Vorgang ist im vorge-3o nannten US-Reissue-Patent 26 342 beschrieben. Sobald sich dann die genannten Gleichrichter 30 und 36 im Sperrzustand befinden, fliesst der Laststrom durch die Dioden 40 und 42, was die gesteuerten Gleichrichter 32 und 34 in den Sperrzustand schaltet. Somit werden innerhalb einer Zeit AT, welche etwa 35 100 Mikrosekunden beträgt, alle gesteuerten Gleichrichter in beiden Zweigen des Inverters in den Sperrzustand gebracht, ehe noch der Laststrom seine Richtung ändert. Da hier die Spannung der Stromversorgungsquelle bezüglich dem Laststrom eine umgekehrte Polarität aufweist, wirkt diese Quelle 40 als relativ hohe Impedanz, sodass, wenn die Richtung des Laststroms ändert und somit eine Rückleistung vom Übertragungssystem zur Primärwicklung (Last) des Inverters auftritt, diese hohe Impedanz Fehlerübertragungen zum Übertragungssystem vermeidet, bis der Laststrom auf Null ist.

45 Bei der vorbeschriebenen Anordnung erreicht der Laststrom rasch Null, und zwar in einer Zeit, welche durch die Induktanz der Last und dem Wert von äusseren kapazitiven Filtern am Ausgang des Systems bestimmt ist. Diese Zeit bis zum Null-Durchgang des Stromes ist geringer als 1 Millisekunde. Ist so dabei der Ausgang des Systems 60 Hz, ist die Periode einer Halbwelle etwa 8 Millisekunden. Daraus wird ersichtlich, dass der Inverter innerhalb der Hälfte der Zeitperiode des Ausgangssignals des Systems stillgesetzt wird.

Gelangt in ähnlicher Weise nun das Stillsetzungssignal an 55 die UND-Schalter 14 und 16, wenn der Laststrom in einer Richtung entgegengesetzt der vorbeschriebenen und in Fig. 1 angedeuteten Richtung fliesst, wird die Spannung über dem Widerstand 72 negativ. Weist dann dieses Signal einen Wert grösser oder gleich der Reverenzspannung - VR auf, dann wird am Aus-60 gang der Vergleichsschaltung 76 ein zweites Signal erscheinen. Dies verursacht wieder ein Signal am Ausgang des UND-Schal-ters 16, welches Signal zum Multivibrator 20 gelangt, welcher ein zweites Zündsignal zu den gesteuerten Gleichrichtern 30 und 36 führt. Diese schalten dann in ihren leitenden Zustand 65 und lösen einen Umschaltvorgang aus, durch welchen die Gleichrichter 32 und 34 gesperrt werden. Schalten dann die Gleichrichter 30 und 32 durch, fliesst der Laststrom über die Dioden 38 und 44, worauf die Gleichrichter 30 und 36 sperren.

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Da nun das Stillsetzungssignal zudem den Steuereingängen der Quelle liegt. In jedem Fall, wenn nur ein Zweig mit den Gleich-Sperrschalter 22,24,26 und 28 zugeführt wird, werden die regu- richtern 30 und 32 verwendet wird und der Laststrom in Rich-lären Steuerimpulse unabhängig der Laststromrichtung unter- tung gemäss Fig. 1 fliesst, und wenn ferner das Stillsetzungs-drückt. Somit kann keiner der Gleichrichter der beiden Zweige signal erscheint und der Laststrom den Schwellwert übersteigt, erneut durchschalten, sodass der Inverter stillgesetzt ist. 5 wird ein Zündimpuls durch den Multivibrator 18 erzeugt und

Bei der vorbeschriebenen Ausführungsform gemäss Fig. 1 der Zündelektrode G2 des Gleichrichters 32 zugeführt, worauf ist die Last zwischen zwei Inverterzweigen geschaltet. Es ist der Inverterzweig geöffnet wird. Fliesst der Laststrom in entge-aber auch möglich, einen Inverter mit nur einem Zweig zu ver- gengesetzter Richtung, wird ähnlich vom Multivibrator 20 ein wenden, wobei dann die Last mit ihrem einen Ende an die Mit- Signal an die Zündelektrode Gi des Gleichrichters 30 abgege-telanzapfung der Drossel im Zweig und mit ihrem anderen 10 ben und so der Zweig unterbrochen.

Ende an eine Zelle der Gleichstromquelle angeschlossen wird, Auf die vorbeschriebene Weise ist es somit möglich, durch welche Zelle den halben Wert des Potentials der Quelle hat. Überwachung der Richtung und der Grösse des Inverter-Last-Dieser Batterieanschluss kann aber auch mit dem Mittelan- stromes eine vollkommene Stillsetzung des Inverters auf eine schluss einer Serieschaltung von gleich grossen Kondensato- Zyklusstörung oder -Unterbrechung im Inverter herbeizuführen verbunden werden, welche Serieschaltung parallel der 15 ren.

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Inverter mit einer Stillsetzungsschaltung und einer Last, dadurch gekennzeichnet, dass der Inverter a) mindestens eine über eine Gleichstromquelle geschaltete Serieschaltung von einem ersten und zweiten gesteuerten Gleichrichter (30,32,34,36) und Kommutationsmittel (46,48, 50,52) für jeden Gleichrichter umfasst, wobei ein Ende der Last (66) an einem Punkt zwischen dem ersten und zweiten Gleichrichter angeschlossen ist,

und dass die Stillsetzungsschaltung b) Stromfühlermittel (68) zur Feststellung der Richtung und Grösse des momentanen Laststroms,

c) einen auf die Richtung und Grösse des Laststroms ansprechenden Detektor (12) zur Erzeugung eines ersten Ausgangssignals bei einem den Schwellwert übersteigenden und in der einen Richtung fliessenden Strom.

d) auf gleichzeitiges Erscheinen eines Stillsetzungssignals und des ersten Ausgangssignals ansprechende Schaltungsmittel (14, 18), die ein Ausgangssignal für die Durchschaltung des zweiten Gleichrichters (32,36) zur Überbrückung der Last (66) erzeugen,

e) auf das Stillsetzungssignal ansprechende Sperrschalter (22,24,26,28) für die Sperrung der Zündstrecke des ersten und des zweiten Gleichrichters zur Stillsetzung des Inverters aufweist.
2. Inverter mit Last nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (12) weitere Mittel zur Erzeugung eines zweiten Ausgangssignals bei einem den Schwellwert übersteigenden und entgegengesetzt zu dem in der einen Richtung fliessenden Strom aufweist und die Schaltungsmittel (16,20) auf gleichzeitiges Erscheinen eines Stillsetzungssignals und des zweiten Ausgangssignals ein Ausgangssignal für die Durchschaltung des ersten Gleichrichters (30,34) zur Überbrückung der Last (66) erzeugt.
3. Inverter mit Last nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine strombegrenzende Drossel (54,56) mit einer Mittelanzapfung in Serie zwischen die Gleichrichter (30,32,34,36) geschaltet ist, an welcher Mittelanzapfung die Last (66) angeschlossen ist.
4. Inverter mit Last nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch mindestens einen ersten und einen zweiten über die Gleichstromquelle geschalteten Zweig, wobei jeder Zweig eine Serieschaltung eines ersten und zweiten gesteuerten Gleichrichters (30,32,34,36), einer ersten und zweiten Diode (38,40,42,44) parallel und mit umgekehrter Polarität bezüglich der Gleichrichter und der Drossel (54,56) zwischen den Gleichrichtern umfasst, wobei an die Mittelanzapfung der Drosseln die Kommutationsmittel (46,48,50,52) angeschlossen sind.
5. Inverter mit Last nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Last (66) eine induktive Last ist.
6. Inverter mit Last nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromfühlermittel (68) aus einem Stromtransformator bestehen, der mit der Last (66) in Serie geschaltet ist.