DD231460A5 - Inverterschaltung zur umformung einer gleichspannung in eine ein- oder mehrphasige wechselspannung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Inverterschaltung zur Umformung einer Gleichspannung in eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung. Mit der Erfindung werden Schaeden infolge von Zwangskummutationsfehlern oder sog. Thyristorzusammenzuendungen mit Sicherheit verhindert. Erfindungsgemaess ist eine Loeschkontrolleinheit (31) vorgesehen, die mit den beiden Brueckenzweigen (2; 3) zumindest der ersten Halbbruecke (6) verbunden ist und bei einer Unterbrechung im Brueckenzweig die Zuendung der Thyristoren (4; 5) zulaesst, wohingegen bei einem leitenden Zustand eines Brueckenzweiges eine Steuereinheit (30) eine Zuendung eines Thyristors des unterbrochenen Brueckenzweiges unterbindet. Eine Zwangskommutier- und Loescheinheit (20) wird von der Steuereinheit (30) beaufschlagt, und zwar synchron mit dem Signal eines Taktimpulsgenerators (29). An den Ausgaengen (42R; 42R) treten gegenphasige Loeschbefehle auf, wobei je Halbperiode der elektrische Signalpegel (0 oder 1) geaendert wird. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Inverterschaltung zur Umformung einer Gleichspannung in eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß die thyristorisierten Energieumwandler, die Inverter, die modernsten Mittel zur Umformung einer Gleichspannung in eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung darstellen. Die Schaltung des Hauptstromkreises der Inverter kann im allgemeinen auf die bekannten Ein- und Zweiweg-Stromrichterschaltungen zurückgeführt werden. Soll die Gleichspannung einen verhältnismäßig hohen Wert aufweisen, ζ. B. bei elektrischen Lokomotiven oder elektrischen Straßenbahnen, wo die Spannung 600 bis 3000V erreichen kann, ist die Verwendung der Zweiweg-Schaltungen, der Brückenschaltungen, vorteilhaft. Bei einer ein- oder mehrphasigen Brückenschaltung des Inverters gelangt die Gleichspeisespannung unmittelbar an den Pol der aus den periodisch alternierend leitenden, beiden gesteuerten Brückenzweigen bestehenden Halbbrücke(n). In den gesteuerten Brückenzweigen sind Thyristoren vorgesehen, wobei die Güte und Zuverlässigkeit der Inverter weitgehend davon abhängig ist, ob es gelingt, die Stromleitung der Thyristoren der alternierend leitenden, gesteuerten Brückenzweige im geeigneten Augenblick durch Zwangskommutierung mit einer entsprechenden Sicherheit zu unterbrechen, da anderenfalls durch die Zündung des Thyristors im anderen Brückenzweig der Halbbrücke die Gleichspannungsstromquelle unmittelbar kurzgeschlossen wird. Dieser eine Betriebsstörung hervorrufende, meistens eine Zerstörung von Bauelementen mit sich bringende Fehler wird auch Zusammenzündung des Thyristors genannt. Ein Fehler bei der Zwangskommutierung, die „Zusammenzündung des Thyristors" kann bekanntlich aus mehreren Gründen entstehen. So kann dies durch eine Überlastung des Inverters verursacht werden, was durch eine Überdimensionierung der Zwangskommutierungsschaltung vermieden werden kann. Der Fehler kann auch infolge einer zeitweiligen oder anhaltenden starken Änderung der Gleichspannung auftreten, vor allem beim Betrieb von elektrischen Fahrzeugen infolge von im Speisenetz auftretenden Überströmen, der Abschaltung von Kurzschlüssen, einem Prellen von Stromabnehmern und infolge von ausbleibenden Spannungen an den Grenzen von Streckenabschnitten.

Um diese störenden Einflüsse zu beseitigen, werden sowohl die Bauelemente des von der Gleichspannung gespeisten Inverters, als auch der Zwangskommutierungsschaltung für eine höhere Spannung dimensioniert, außerdem wird im allgemeinen die Größe der Kondensatoren des LC-Eingangsfilters erhöht. Obwohl hierdurch ein guter Schutz erreicht wird, ist der erhöhte Kostenaufwand als nachteilig anzusehen. Häufig erfolgt auch eine Spannungsüberwachung am Kondensator des LC-Eingangsfilters. Obwohl es eine allgemein bekannte Lösung darstellt, wird die Überwachung der Periode des Freiwerdens der Thyristoren in dem Brückenzweig, d. h. der geplanten Schonzeit, nur sehr selten verwendet, da sie recht kompliziert ist. Dabei ist die Verwendung einer sehr viele Bauteile enthaltenden Kontrollelektronik unerläßlich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Schaltungsanordnung eines Inverters so auszubilden, daß die sich aus den energetischen Störungen, Überlastungen und Änderungen der Eingangsspannung usw. ergebenden Nachteile mittels einer einfachen Lösung vermieden werden, wobei unter Zuhilfenahme der sogenannten Brückenschaltungsanordnungen auch die Überspannungstoleranz der Inverter erhöht werden soll.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß einerseits das Löschen der Brückenzweige bzw. der Thyristoren in dem Brückenzweig in jeder Halbperiode mittels einer verhältnismäßig einfachen Schaltungsanordnung überwacht werden kann, wodurch auch eine Kontrolle der Betriebsbereitschaft der Inverter möglich ist. Außerdem ist es möglich, bei der erwähnten Lösung eine Inverterschaltung mit einer von der Funktion der Hauptthyristoren unabhängigen Zwangskommutierungseinheit bereitzustellen, bei der eine transformatorische Ankopplung der Belastung äußerst wirtschaftlich realisiert werden kann. Das gesetzte Ziel wird durch eine Brückenschaltungsanordnung des Inverters erreicht, die einen Gleichspannungseingang aufweist, an den eine Hauptschaltung angeschlossen ist, die wiederum aus den beiden in Serie geschalteten, jeweils mit einer Eingangs- und einer Endpolklemme versehenen gesteuerten Brückenzweigen, besteht, wobei in jedem Brückenzweig mindestens ein Thyristor vorgesehen ist. Jede Halbbrücke hat eine Mittelausgangsklemme. Hierbei ist ein Wechselspannungsverbraucher und eine Steuereinheit vorgesehen, die aus einer zur Steuerung der Brückenzweige mit wenigstens einem Signalausgang versehenen Regelschaltung, aus einem zur Zündung der Thyristoren mit mindestens einem Zündausgang und einem Zündeingang versehenen Zündstromkreis, besteht. Ferner ist ein Taktimpulsgenerator vorgesehen, der die Frequenz der Wechselspannung bestimmt und mehrere (aber mindestens eine) Ausgangsklemmen aufweist, deren Zahl der Phasenzahl entspricht, wobei die Phasenverschiebung der Phasenzahl entsprechend gewählt wird. Der Taktimpulsgenerator treibt über die Ausgangsklemme den Regelkreis an.

Erfindungsgemäß ist eine Löschkontrolleinheit vorgesehen, die zur Kontrolle der Sperrfähigkeit der Brückenzweige in Leitungsrichtung mit je einem Klemmpaar der einzelnen Eingangs- und Endpolklemmen der beiden in Serie geschalteten Brückenzweige zumindest an die erste Halbbrücke angeschlossen ist. Bei einem unterbrochenen, die Stromleitung verhindernden Zustand der beiden in Serie geschalteten gesteuerten Brückenzweige wird von der Steuereinheit ein Befehl zur Zündung der Thyristoren abgegeben, während bei eingeschaltetem Zustand in Leitungsrichtung bei irgendeinem der Brückenzweige mindestens ein Thyristor einen die Zündung verhindernden Befehl erhält. Schließlich ist eine von der Zündung der Thyristoren unabhängige Zwangskommutier-und Löscheinheit vorgesehen. Die Steuereinheit ist mit vom Signal wenigstens einer Ausgangsklemme des Taktimpulsgenerators synchronisierten, für die unabhängige Zwangskommutier- und Löscheinheit für jede Phase getrennt, je Halbperiode einen elektrischen Signalpegel ändernden, gegenphasigen Löschbefehl ausgebenden Ausgängen versehen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bestehen die beiden, in Serie geschalteten Brückenzweige der ersten Halbbrücke aus mehreren, jeweils mit einer Anode und einer Katode versehenen Thyristoren, wobei die Löscshkontrolleinheit zur Kontrolle der Sperrfähigkeit der Brückenzweige in Leitungsrichtung über jeweils ein Eingangsklemmpaar mit der Anode und der Katode jeweils eines Thyristors verbunden ist. Hierbei ist die Anordnung so getroffen, daß bei einem die Stromleitung verhindernden, in Leitungsrichtung unterbrochenen Zustand sämtlicher Thyristoren der beiden in Reihe geschalteten gesteuerten Brückenzweige die Steuereinheit einen Befehl zur Zündung der Thyristoren abgibt, während bei einem in Leitungsrichtung

gesperrten Zustand eines Thyristors des gesteuerten Brückenzweiges die Steuereinheit einen die Zündung der Thyristoren des sich in Leitungsrichtung in einem unterbrochenen Zustand befindlichen Brückenzweiges verhindernden Befehl abgibt. Zweckmäßig ist an die Eingänge der Löschkontrolleinheit über jeweils ein Eingangsklemmenpaar jeweils an dem Ausgang bei Anwesenheit bzw. Abwesenheit der Spannung des Einganges den logischen Signalpegel wechselnder, die Spannung abtrennender Detektor angeschlossen und wenigstens ein mit einem Dateneingang, einem Signaleingang, einem Befehlseingang und einem Taktsignaleingang versehenes, das Signal des Signaleinganges aufgrund des Signals des Dateneinganges an den Befehlsausgang weiterlassendes und das Signal des Befehlsausganges bei Anwesenheit des Signals des Taktimpulseinganges verhinderndes Phasentor vorgesehen, wobei der Ausgang jeweils eines Detektors an den Dateneingang des Phasentors angeschlossen ist, während der Signaleingang am Signalausgang der Regelschaltung liegt und der Taktimpulseingang an mindestens eine Ausgangsklemme des Taktimpulsgenerators angeschlossen ist. Der Befehlsausgang ist hierbei mit dem Zündeingang des Zündstromkreises verbunden.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegt darin, daß die Löschkontrolleinheit die Sperrfähigkeit der pro Periode abwechselnd leitenden Brückenzweige in jeder Halbperiode in einfacher Weise überprüft, bei einer unregelmäßigen Funktion ein weiteres Leiten der gesteuerten Brückenzweige verhindert und dadurch eine sog. „Zusammenzündung" und einen Kurzschluß verhindert. Sollte die den Inverter speisende Gleichspannung eine sehr große Amplitude aufweisen, wodurch in den gesteuerten Brückenzweigen mehrere in Reihe geschaltete Thyristoren erforderlich sind, ist es zweckmäßig, erfindungsgemäß die Sperrfähigkeit sämtlicher Thyristoren zu kontrollieren.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es weiterhin zweckmäßig, wenn die von der Zündung unabhängige Zwangskommutier-und-Löscheinheit einen mit einer Primärwicklung und mindestens einer Sekundärwicklung versehenen Transformator aufweist, wobei die Primärwicklung des Transformators zwischen der Mittelausgangsklemme der ersten Halbbrücke und der Mittelklemme der anderen Halbbrücke angeordnet ist. An mindestens einer Sekundärwicklung liegt hierbei ein Löschstromkreis, der zumindest aus zwei mit einer Steuerelektrode versehenen, antiparallel geschalteten Hilfsthyristoren, einem mit diesen in Reihe geschalteten Löschkondensator und einer Serieninduktivität besteht, wobei die Steuerelektroden cjer Hilfsthyristoren jeweils an einen den Löschbefehl abgegebenden Ausgang der Steuereinheit angeschlossen sind. Durch die beschriebene Schaltung bleibt die Betriebsbereitschaft der Zwangskommutier- und Löscheinheit auch dann bestehen, wenn die Löschkontrolleinheit die Zündung der Thyristoren des gesteuerten Brückenzweiges des Inverters verhindert. Hierbei wird eine wirksame Funktion auch dann aufrechterhalten, wenn das Löschen des Thyristors irgendeines gesteuerten Brückenzweiges erfolglos ist. Der wirtschaftliche Vorteil der Schaltungsanordnung liegt darin, daß das Übersetzungsverhältnis des Transformators und die Spannung des Löschstromkreises unabhängig von der Größe der Eingangsgleichspannung gewählt werden können. Aus diesem Grunde kann der Löschstromkreis, mit dem Fall verglichen, bei dem er mit dem Hauptstromkreis galvanisch verbunden ist, mit billigeren Bauteilen hergestellt werden.

Ein weiterer Vorteil des unabhängigen Löschstromkreises besteht darin, daß den Rundfunkempfang störende Geräusche infolge von Streuungen der induktiven Kopplung einen wesentlich niedrigen Pegel aufweisen.

Ein weiterer Vorteil wird erreicht, indem die Wechselspannungsbelastung und der Löschstromkreis der Zwangskommutierund- Löscheinheit jeweils parallel an der Sekundärwicklung des Transformators liegen, da hierbei sowohl der Löschstromkreis, als auch die Belastung vom Gleichspannungseingang galvanisch getrennt sind.

Zweckmäßig ist auf dem Transformator noch eine zweite Sekundärwicklung, d. h. also eine dritte Wicklung angeordnet, wobei der Löschstromkreis an die Sekundärwicklung und die Wechselspannungsbelastung an die dritte Wicklung angeschlossen ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß bei einer Abweichung der Wechselspannung der Belastung von der zur Realisierung des Löschstromkreises erforderlichen wirtschaftlichen Größe die dritte Wicklung eine optimale Anpassung ermöglicht. Die erfindungsgemäße Inverterschaltung ist insbesondere bei einem einphasigen Inverter mit Brückenschaltung und geteilter Batterie, bei dem die in Reihe geschalteten Brückenzweige der zweiten Halbbrücke von Kondensatoren gebildet sind, mit Vorteil anwendbar. Bei der Kontrolle der Spannungen der Mittelklemme der aus den in Reihe geschalteten Kondensatoren bestehenden Halbbrücke mittels eines Pegelüberwachers und bei einer Abweichung vom halben Spannungspegel, bzw. vom gegebenen Hintergrundpegel ist die Verhinderung des Zündens der Thyristoren der über die Löschkontrolleinheit und die Steuereinheit gesteuerten Brückenzweige insbesondere bei einer wesentlichen Abweichung der Eingangsgleichspannung vom Nominalwert äußerst vorteilhaft. Bei einer Überspannung bringt nämlich die Löschkontrolleinheit unter Verhinderung der Thyristorzündung die gesteuerten Brückenzweige in den gesperrten Zustand, wodurch sich deren Überspannungstoleranz jeweils eines Brückenzweiges des arbeitenden Inverters, verdoppelt.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sichert bezüglich der Kontrolle der Sperrfähigkeit der Thyristoren der Brückenzweige und der Überwachung des Spannungspegels, eine Betriebsbereitschaft und einen automatischen elektronischen Kurzschlußschutz, der nicht durch eine Reihe von verschiedenen technischen Maßnahmen erreicht wird, sondern durch eine Realisierung der technischen Bedingungen des einheitlichen Schutzsystems geschaffen wird. Bei der Überwachung der Thyristoren der Brückenzweige und der Erkennung von Fehlern beim Löschen, und beim Verhindern der Zündung weiterer Thyristoren kann der Kurzschluß sonst noch auftreten. Ein einwandfreier Schutz wird nur durch die Anordnung des Löschstromkreises erreicht.

Bei der Erfindung ist also eine Anordnung der Brückenzweige und des Löschstromkreises möglich, bei der beim Ausbleiben und des Löschens des unabhängigen Stromkreises in den einzelnen Perioden bzw. bei einer fehlerhaften Arbeit mittels der sich aus der Kontrolle des Löschens der Thyristoren ergebenden Verhinderung des Zündens kein Kurzschluß im Brückenzweig erfolgt und nach dem Aufhören des Übergangszustandes der Betrieb ohne ein Schadhaftwerden von Bauteilen automatisch wieder aufgenommen werden kann.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird anhand einiger vorteilhafter Ausführungsbeispiel, mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Inverterschaltung, Fig.2: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, mit mehreren in Reihe geschalteten

Thyristoren in jedem Brückenzweig, Fig.3: ein Ausführungsbeispiel der Löschkontrolleinheit, Fig.4: eine beispielsweise Ausführungsform der Schaltungsanordnung zur unabhängigen Zwangskommutierung und

Fig. 5: eine erste erfindungsgemäße Kopplung zwischen der Zwangskommutier-und-Löscheinheit und der Belastung, Fig.6: eine weitere erfindungsgemäße Kopplung zwischen der Zwangskommutier-und-Löscheinheit und der Belastung, Fig.7: die Schaltungsanordnung eines Inverters mit geteilter Batterie.

An den Gleichspannungseingang 1 des in Fig. 1 dargestellten, die Gleichspannung in eine Wechselspannung umformenden Inverters ist die erste Halbbrücke 6 und wenigstens eine weitere (zweite) Halbbrücke 13 angeschlossen. Die erste Halbbrücke 6 besteht aus zwei, mit den Eingangspolklemmen K1, K2 und den Endpolklemmen V1, V2 versehenen gesteuerten Brückenzweigen 2, 3, wobei jeder Brückenzweig 2, 3 mindestens einen Thyristor 4 bzw, 5 enthält. Die Halbbrücke 6 ist mit einer Mittelausgangsklemme 7 versehen. Wenigstens eine weitere, im Beispiel die zweite Halbbrücke 13 der Inverterschaltung ist mit einer Mittelausgangsklemme 12 versehen. Der Wechselspannungsverbraucher 58 ist in an sich bekannter Weise zwischen den Klemmen 7 und 12 angeordnet. Die Steuerung der Brückenzweige 2,3 erfolgt durch eine Steuereinheit 30, die eine mit mindestens einem Signalausgang 21 versehene Regelschaltung 22, eine Zündschaltung 26 mit mindestens einem die Zündung der Thyristoren 4, 5 bewirkenden Zündausgang 24 sowie mindestens einen Zündeingang 23 und einen Taktimpulsgenerator 29 enthält. Der Taktimpulsgenerator 29 bestimmt die Frequenz der Wechselspannung des Inverters. Der Taktimpulsgenerator 29 ist mit einer oder besser mit mehreren Ausgangsklemmen 28R versehen, deren Zahl der Phasenzahl des Inverters entspricht, wobei die Phasenverschiebung der Phasenzahl entspricht.

Erfindungsgemäß enthält die Schaltungsanordnung ferner eine Löschkontrolleinheit 31. Die Einheit 31 ist über je ein Eingangsklemmenpaar 39 A, 39 B mit den einzelnen Eingangspolklemmen K1 und Endpolklemmen V1, bzw. Eingangspolklemmen K2 und den Endpolklemmen V2 der beiden in Reihe geschalteten, gesteuerten Brückenzweige 2,3 der ersten Halbbrücke 6 verbunden. Wenn in der Löschkontrolleinheit 31 die beiden in Reihe geschalteten gesteuerten Brückenzweige 2,3 in Leitungsrichtung unterbrochen sind, d.h., wenn die Brückenzweige 2,3 die Stromleitung sperren, liefert die Einheit 31 an die Steuereinheit 30 einen Befehl zur Zündung der Thyristoren 4, 5 wodurch die Steuereinheit 30 an die betreffenden Thyristoren 4, 5 den Zündbefehl abgibt. Sollte sich einer der Brückenzweige 2,3 in Leitungsrichtung in eingeschaltetem Zustand befinden, verhindert die Löschkontrolleinheit 31 über die Steuereinheit 30 die Zündung der Thyristoren 4, 5 der in Leitungsrichtung unterbrochenen Brückenzweige 2,3. Die Löschkontrolleinheit kann ihre Funktion erst dann wieder wirksam ausüben, wenn die Zwangskommutierung der Thyristoren 4, 5 unabhängig von der Zündung der Thyristoren erfolgt. Das bedeutet, daß z. B. das Unterbrechen der Stromleitung des stromleitenden Thyristors 4 durch die Zwangskommutierung von der Zündung des Thyristors 5 unabhängig ist. Daher ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer, von den Thyristoren 4, 5 unabhängige Zwangskommutier-und-Löscheinheit 20 versehen, die die Steuereinheit 30 durch das Signal zumindest einer Ausgangsklemme 28R des Taktimpulsgenerators 29 synchronisiert steuert. Aus diesem Grunde ist die Steuereinheit 30, getrennt für jede Phase mit in den Halbperioden den elektrischen Signalpegel ändernden und den Löschbefehl ausgebenden Ausgängen 42R, 42R'versehen.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegt in ihrer Einfachheit. Die Sperrspannung für die Thyristoren 4, 5 der gesteuerten Brückenzweige 2, 3 ist in Leitungsrichtung wesentlich höher, als der bei der Stromleitung auftretende Spannungsabfall in Leitungsrichtung.

Der gesperrte Zustand der beiden Thyristoren 4, 5 in Leitungsrichtung weist auf die Güte der Brückenzweige 2, 3 des Inverters hin. Weder der leitende Zustand des einen Thyristors, noch der gesperrte Zustand des anderen in Leitungsrichtung weist auf einen Fehler hin, vorausgesetzt, daß die unabhängige Zwangskommutier-und-Löscheinheit 20 unter der Einwirkung des Löschbefehls der Ausgänge 42 R, 42 R' die Stromleitung des gerade leitenden Thyristors unterbrechen kann. Sofern es zu keiner Abschaltung kommt, weist der leitende Zustand des einen Thyristors und der gesperrte Zustand in Leitungsrichtung des anderen auf einen Fehler hin. In einem solchen Fall verhindert die Löschkontrolleinheit 31 die weitere Arbeit der Einheit. In Fig.2 ist ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt. Die am Gleichspannungseingang 1 liegende Halbbrücke 6 enthält in einem eine Reihenschaltung bildenden gesteuerten Brückenzweig 2, oder in zwei Brückenzweigen 2, 3 die Thyristoren 4, 4', 5, 5', mit ihren Anoden 4A, 4Ά, 5A, 5Ά und ihren Katoden 4K, 4'K, 5K, 5'K. Zur Kontrolle der Sperrfähigkeit der Brückenzweige 2, 3 in Leitungsrichtung ist die Löschkontrolleinheit 31 über je ein Eingangsklemmenpaar 39C; 39 D; 39E; 39 F; mit den Anoden 4 A, 4Ά, 5 A, 5Ά und den Katoden 4 K, 4'K, 5 K, 5'K der Thyristoren 4,4', 5,5' verbunden. Bei einem die Stromleitung verhindernden, in Leitungsrichtung unterbrochenen Zustand sämtlicher Thyristoren 4,4', 5, 5' der beiden in Reihe geschalteten gesteuerten Brückenzweige 2, 3 gibt die Löschkontrolleinheit 31 ein Signal an die Steuereinheit 30 zur Zündung der jeweiligen Thyristoren 4,4' oder 5,5' ab. Sofern irgendein Thyristor 4,4', 5,5' sich in Leitungsrichtung im eingeschalteten Zustand befindet, verhindert die Löschkontrolleinheit 31 über die Steuereinheit 30 die Zündung des in Leitungsrichtung unterbrochenen Brückenzweiges 2,3. Sollte die Größe der Speisespannung die Einschaltung mehrerer Thyristoren in den einzelnen Brückenzweigen erfordern, kann die dann vorliegende Aufgabe mittels der in Fig. 2 dargestellten Schaltung gelöst werden, indem bei einem erfolglosen Löschen oder Schadhaftwerden eines Thyristors 4,4', 5, 6, oder einer mangelhaften Sperrfähigkeit in Leitungsrichtung die Löschkontrolleinheit 31 eine unzulässige Spannungsbelastung des nicht schadhaften Thyristors in Leitungsrichtung und einen eventuellen durchschlagartigen Kurzschluß des Brückenzweiges dadurch verhindert, daß die Zündung sämtlicher Thyristoren verhindert wird. In diesem Fall gelangt die Eingangsgleichspannung sowohl an die Thyristoren des unbeschädigten Brückenzweiges, als auch an die nicht schadhaft gewordenen Thyristoren des defekten Brückenzweiges.

In Fig. 3 ist eine als Beispiel dienende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Löschkontrolleinheit 31 dargestellt, und zwar der Einfachheit halber für den Fall, daß die beiden in Reihe geschalteten Brückenzweige 2; 3 wenigstens einer ersten Halbbrücke 6 ähnlich wie in Fig. 1 lediglich einen Thyristor 4; 5 enthält. Die Einheit 31 enthält für jeden Thyristor einen spannungstrennenden Detektor 41A, 41 B und mindestens ein Phasentor 36. Der Eingang 70 A, 70 B jedes Detektors 41A, 41 B ist jeweils mit einem Eingangsklemmenpaar 39 A; 39 B verbunden. Am Ausgang 4OA; 4OB, jedes Detektors 41A; 41 B erscheint bei Vorhandensein oder bei Ausbleiben der an den Eingang 7OA; 7OB gelangenden Spannung eine den logischen Pegel wechselnde Spannung. Das Phasentor 36 weist einen Dateneingang 32, einen Signaleingang 33, einen Befehlsausgang 34 und einen Taktimpulseingang 35 auf. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel läßt das Phasentor 36 das Erscheinen des am Signaleingang 33 ankommenden Signals am Befehlsausgang 34 solange zu, wie am Dateneingang 32 der gegebene Signalpegel vorhanden ist und das an den Taktimpulseingang abgegebene Signal die Erlaubnis hierfür nicht verhindert. Der Ausgang 40 A; 40 B jedes Detektors 41A; 41 B liegt am Dateneingang 32 des Phasentors 36, der Signaleingang 33 ist an den Signalausgang 21 der Regelschaltung 22 angeschlossen, während der Taktimpulseingang 35 an wenigstens eine Ausgangsklemme 28R des Taktimpulsgenerators 29 angeschlossen ist. Der Befehlsausgang 34 ist mit dem Zündeingang 23 des Zündstromkreises verbunden. Bei dem hier

Befehlsausgang 34 an den Signalausgang 21 der Regelschaltung gelangen, wenn das Phasentor 36 über die Eingänge 70 A; 7OB; der Detektoren 41 A; 41 B den in Leitungsrichtung geschlossenen Zustand der Brückenzweige 2, 3 erfaßt und über die Augänge40A; 4OB das entsprechende Signal an den Dateneingang 32 des Phasentors 36 liefert. Das Signal des Befehlsausganges 34 wird vom Taktimpulsgenerator 29 über den Taktimpulseingang 35 beim nächsten Taktimpulswechsel gelöscht. Danach überprüft die Löschkontrolleinheit 31 laufend den Zustand der gesteuerten Brückenzweige 2,3 in Leitungsrichtung, und solange kein gesperrter Zustand in Leitungsrichtung angezeigt wird, wird die Steuerung der

Brückenzweige 2,3^bzw. die Zündung der Thyristoren 4,5_verhindert. _. -

Die Kontrolle der gesteuerten Brückenzweige bzw. der Thyristoren der Brückenzweige des Inverters mit der erfindungsgemäßen Brückenschaltung bezüglich des Leitens bzw. des Sperrens, sowie die Einstellung der Arbeit bis zur Wiederherstellung der Sperrzustände kann erst dann erfolgen, wenn die Inverterschaltung zwecks einer Zwangskommutierungs-Löschung zumindest eines Thyristors 4; 5 der gesteuerten Brückenzweige 2,3 mit einer von der Zündung eines der Thyristoren 4,5 unabhängigen Zwangskommutier-und-Löscheinheit 20 versehen ist. Fig. 4 zeigt ein Beispiel für die erwähnte Schaltungsanordnung. Wie ersichtlich, besteht die Einheit 20 aus einem Transformator 45 und einem Löschstromkreis 60. Der Transformator 45 ist mit einer Primärwicklung 43 und mit wenigstens einer Sekundärwicklung 44 versehen. Die Primärwicklung 43 ist zwischen der Mittelausgangsklemme 7 der ersten Halbbrücke 6 und der Mittelklemme 12 der zweiten Halbbrücke 13 angeordnet. Die Sekundärwicklung 44 ist mit dem Löschstromkreis 60 verbunden, der aus einem mit mindestens zwei antiparallel geschalteten Hilfsthyristoren 48,49 in Reihe geschalteten Löschkondensator 50 und der hierzu ebenfalls in Reihe geschalteten Induktivität 51 besteht. Die Hilfsthyristoren 48,49 sind mit den Steuerelektroden 46,47 versehen, die mit den den Löschbefehl liefernden Ausgängen 42R, 42R' der Steuereinheit 30 verbunden sind. Der Löschkondensator 50 nimmt die zur Zwangskommutierung erforderliche Energie über den Transformator 45 auf, und zwar von der Mittelausgangsklemme 7, bzw. der Mittelklemme 12, durch Zündung des der Polarität entsprechenden Hilfsthyristors 48 oder 49. Der Löschkondensator 50 führt die zur Zwangskommutierung (Löschen) erforderliche Energie durch Zündung des entsprechenden Hilfsthyristors 48 oder 49, in einer von dem aus dem Löschkondensator 50 und der in Reihe geschalteten Induktivität 51 bestehenden Schwingkreis bestimmten Weise über den Transformator 45, die Klemmen 7 und 12 zu den Brückenzweigen zurück, wodurch der gerade leitende Thyristor

4 oder 5 gelöscht wird. Während dieses Prozesses wechselt in einer vom Schwingkreis bestimmten Weise, die Polarität der Spannung des Löschkondensators 50, und der Energieverlust wird über den Transformator 45 während der Zündung des entsprechenden Thyristors 4, 5 ersetzt. Voraussetzung hierfür isCdaß die Hilfsthyristoren 48,49 ein der Funktionsfrequenz des Inverters entsprechendes, eine Halbperiode andauerndes Zündsignal erhalten. Um das gesetzte Ziel zu erreichen, ist die Steuereinheit 30, für jede Phase getrennt, mit den in den Halbperioden einen den Signalpegel endenden Löschbefehl abgebenden Ausgängen 42R; 42R' versehen.

Die als Beispiel beschriebene erfihdungsgemäße Schaltungsanordnung gewährleistet den synchronen Betrieb von Löschkontrolleinheit 31 und Löscheinheit 20, da im Moment des Beginns der Zwangskommutierung der Taktimpulsgenerator 29 zumindest über eine Ausgangsklemme 28R und den Taktimpulseingang 35 des Phasentors das Signal des Befehlsausganges 34 der Löschkontrolleinheit 31 löscht und die Ausgabe des neuen Befehlssignals erst dann zuläßt, wenn die Löschkontrolleinheit 31 den in Leitungsrichtung gesperrten Zustand der gesteuerten Brückenzweige 2,3 erfaßt. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegt darin, daß die Löscheinheit 20 durch den Transformator vom Gleichspannungseingang 1 galvanisch getrennt wird, wodurch die Betriebsspannung der Elemente des Löschstromkreises 60 infolge der transformierten Übertragung, unabhängig von der Höhe der Gleichspannung des Einganges, technisch und wirtschaftlich am günstigsten gewählt werden kann.

Ein weiterer bedeutender Vorteil der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, d. h. der unabhängigen Einheit 20, besteht darin, daß eine Vereinfachung der Verbindung zwischen der Wechselspannungsbelastung und dem Inverter ermöglicht wird. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 5 dargestellt.

Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel können der Löschstromkreis 60 und die Wechselspannungsbelastung 58 jeweils parallel zur Sekundärwicklung 44 des Transformators 45 angeordnet werden, wodurch der Transformator 45 eine doppelte Aufgabe erfüllen kann. Die Herstellungskosten werden dadurch herabgesetzt. Dieser Vorteil kann auch dann ausgenutzt werden, wenn der Löschstromkreis 60 von der Belastung 58 galvanisch getrennt werden muß. Aus diesem Grunde ist bei dem in der Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel der Transformator 45 mit einer dritten Wicklung 61 versehen, wobei der Löschstromkreis 44 und die Belastung 58 an der dritten Wicklung 61 liegt. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist vor allem bei einem einphasigen Inverter mitgeteilter Batterie mit Vorteil anwendbar, bei dem zumindest eine weitere zweite Halbbrücke 13 aus den beiden in Reihe geschalteten Brückenzweigen 8; 9 besteht, wobei in jedem Brückenzweig 8; 9 mindestens ein Kondensator 10; 11 vorgesehen ist.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung ist zwischen der Mittelausgangsklemme 12 der Halbbrücke 13 und einer Klemme des Gleichspannungseingangs 1 ein Pegelüberwacher 55 eingeschaltet. Der Pegelüberwacher 55 ist so ausgebildet, daß er bei einer Spannungsabweichung von dem am Eingang 56 herrschenden Spannungspegel in beliebiger Richtung — sei es eine Zunahme oder eine Abnahme — als eine den logischen Signalpegei am Ausgang 54 wechselnde Einheit arbeitet. Ferner wird mit dem Signalpegelsignal des Ausganges 51 ein Befehl zur Verhinderung der Zündung der in den Brückenzweigen 2; 3 der ersten Halbbrücke 6 angeordneten Thyristoren 4; 5 abgegeben.

Der die Zündung verhindernde Befehl des Ausganges 54 kann über die Löschkontrolleinheit 31 (in Fig. 7 mit durchgehenden Linien dargestellt) oder über die die Steuereinheit (in Fig. 7 gestrichelt dargestellt) unmittelbar die Zündung der Thyristoren 4;

5 unterbinden.

Die kombinierte Verwendung der das Löschkontrolleinheit 31, (Fig. 1 und 2), der Löscheinheit 20 und des Pegelüberwachers 55 bringt bei einem einphasigen Inverter mit geteilter Batterie mehrere Vorteile mit sich. Sollte das Löschen des Thyristors 5; 4 des gesteuerten Brückenzweiges 2; 3 oder das Unterbrechen der Stromleitung durch Zwangskommutierung ohne Erfolg bleiben, oder sollte irgendein Thyristor 4; 5 die Sperrfähigkeit in Leitungsrichtung verlieren, verhindert die Löschkontrolleinheit 31 die Zündung des Thyristors 4; 5 des die Sperrspannung aufnehmenden Brückenzweige 2 oder 3. Über den im leitenden Zustand verbleibenden Thyristor 4 oder 5 entaktiviert der Kondensator 10; 11 die sich ausbildende Sperrspannung. Sollte dieser Fehler auf einer erfolglosen Zwangskommutierung (Löschung) beruhen, hört die Stromleitung des in einem leitenden Zustand verbleibenden Thyristors 4 oder 5 auf, sobald der Strom unter den Wert des Haltestroms abfällt. Der Thyristor 4 oder 5 nimmt eine Sperrspannung in Leitungsrichtung auf, wodurch die Löschkontrolleinheit 31 den Betrieb wieder zuläßt. Sollte die

Spannung des Gleichspannungseingangs 1 unzulässig stark ansteigen, unterbricht der Pegelüberwacher 55 die Arbeit, und zwar derart, daß die Zündung der Thyristoren 4; 5 nicht zugelassen wird. Diese werden mit voller Sicherheit gesperrt, da die unabhängige Einheit 20 die Stromleitung des gerade leitenden Thyristors 4; 5 unterbricht. In diesem Fall nehmen die in Reihe geschalteten, gesperrten Thyristoren 4; 5 die erhöhte Gleichspannung des Gleichspannungseingangs 1 auf, was die wesentlich höhere Spannungstoleranz des Inverters bewirkt.

Claims (7)

Erfindungsanspruch:

1. Inverterschaltung zur Umformung einer Gleichspannung in eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung, die einen Gleichspannungseingang und eine Brückenschaltung aufweist, bei der an den Gleichspannungseingang eine Hauptschaltung angeschlossen ist, die aus den beiden in Reihe geschalteten, mit Eingangsklemmen und Endpolklemmen versehenen gesteuerten Brückenzweigen, zumindest einer ersten, je Brückenzweig zumindest einen Thyristor enthaltenden, mit einer

— Mittelausgangsklemme versehenen ersten Halbbrücke und einer zweiten an den Gleichspannungseingang angeschlossenen, zwei in Reihe geschaltete Brückenzweige enthaltenden und mit einer Mittelausgangsklemme versehenen Halbbrücke besteht, wobei ein Wechselspannungsverbraucher und eine Steuereinheit vorgesehen sind, die aus einer zur Steuerung der Brückenzweige mit wenigstens einem Signalausgang versehenen Regelschaltung, aus einem zur Zündung der Thyristoren mit mindestens einem Zündausgang und einem Zündeingang versehenen Zündstromkreis besteht und einen Taktimpulsgenerator enthält, der die Regelschaltung über zumindest eine die Ausgangsklemme beaufschlagt, wobei die Frequenz an der Ausgangsklemme die Frequenz der Wechselspannung bestimmt, die Zahl der Klemmen der Phasenzahl entspricht und die Phasenverschiebung der Phasenzahl entsprechend bestimmt ist, gekennzeichnet dadurch, daß zur Kontrolle der Sperrfähigkeit der Brückenzweige (2; 3) in Leitungsrichtung eine Löschkontrolleinheit (31) vorgesehen ist, die über je ein Klemmenpaar (39 A; 39 B) mit den einzelnen Eingangs- und Endpolklemmen (K 1; V 1; K 2; V 2) der beiden in Reihe geschalteten Brückenzweige (2; 3) zumindest der ersten Halbbrücke (6) verbunden ist, die bei einem in Längsrichtung unterbrochenen, die Stromleitung der beiden in Reihe geschalteten gesteuerten Brückenzweige (2; 3) verhindernden Zustand die Zündung der Thyristoren (4; 5) zuläßt, wohingegen bei einem in Längsrichtung eingeschalteten Zustand irgendeines der Brückenzweige (2; 3) die Steuereinheit (30) einen die Zündung wenigstens eines Thyristors (4; 5) des sich in Leitungsrichtung in einem unterbrochenen Zustand befindlichen Brückenzweiges (2; 3) verhindernden Befehl abgibt, daß eine von der Zündung der Thyristoren (4; 5) unabhängige Zwangskommutier-und-Löscheinheit (20) vorgesehen ist, und daß die Steuereinheit (30) mit vom Signal mindestens einer Ausgangsklemme (28 R) des Taktimpulsgenerators (29) synchronisierten, für die unabhängige Zwangskommutier-und-Löscheinheit (20), für jede Phase getrennt, je Halbperiode einen den elektrischen Signalpegel ändernden, gegenphasigen Löschbefehl ausgebenden Ausgängen (42 R; 42 R') versehen ist.

2. Inverterschaltung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden in Reihe geschalteten, gesteuerten Brückenzweige (2; 3) der ersten Halbbrücke (6) aus mehreren, jeweils mit einer Anode und einer Katode versehenen Thyristoren (4; 4', 5; 5') besteht und die Löschkontrolleinheit (31) zur Kontrolle der Sperrfähigkeit der Brückenzweige (2; 3) in Leitungsrichtung über jeweils ein Eingangsklemmenpaar (39 C; 39 D; 39 E; 39 F) mit der Anode und der Katode (4 A; 4 K; 4' A; 4' K) jeweils eines Thyristors (4; 4'; 5; 5') verbunden ist, daß bei einem die Stromleitung verhindernden, in Leitungsrichtung unterbrochenen Zustand sämtlicher Thyristoren (4; 4'; 5; 5') der beiden in Reihe geschalteten gesteuerten Brückenzweige (2; 3) die Steuereinheit (30) einen Befehl zur Zündung der Thyristoren (4; 4'; 5; 5') liefert, und daß bei einem in Leitungsrichtung gesperrten Zustand eines Thyristors (4; 4'; 5; 5') des gesteuerten Brückenzweiges (2; 3) die Steuereinheit (30) einen die Zündung der Thyristoren (4; 4'; 5; 5') des sich in Leitungsrichtung in einem unterbrochenen Zustand befindenden Brückenzweiges (2; 3) verhindernden Befehl abgibt.

3. Inverterschaltung nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß an die Eingänge (70 A; 70 B) der Löschkontrolleinheit (31) über jeweils ein Eingangsklemmenpaar (39 A; 39 B) jeweils ein die Spannung abtrennender Detektor (41 A; 41 B) angeschlossen ist, der bei Anwesenheit bzw. Abwesenheit der Spannung am Eingang (70 A, 70 B) am Ausgang (40 A; 40 B) den logischen Signalpegel ändert, daß zumindest ein mit einem Dateneingang (32), einem Signaleingang (33), einem Befehlsausgang (34) und einem Taktimpulseingang (35) versehenes Phasentor (36) vorgesehen ist, das das Signal des Signaleinganges (33) bei Einwirkung eines Signals am Dateneingang (32) an den Befehlsausgang (34) weiterleitet, wobei das Signal des Befehlsausganges durch ein Signal am Taktimpulseingang (35) verhindert wird, daß der Ausgang

(40 A; 40 B) jeweils eines Detektors (41 A; 41 B) am Dateneingang (32) des Phasentors (36) liegt, daß der Signaleingang (33) an den Signalausgang (21) der Regelschaltung (22) und der Taktimpulseingang (35) an mindestens eine Ausgangsklemme (28 R) des Taktimpulsgenerators (29) angeschlossen ist, und daß der Befehlsausgang (34) am Zündeingang (23) des Zündstromkreises (23) liegt.

4. Inverterschaltung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die von der Zündung der Thyristoren (4; 5) unabhängige Zwangskommutier-und-Löscheinheit (20) einen mit einer Primärwicklung (43) und mindestens einer Sekundärwicklung (44) versehenen Transformator (45) enthält, wobei die Primärwicklung (43) zwischen der Mittelausgangsklemme (7) der ersten Halbbrücke (6) und der Mittelklemme (12) der zweiten Halbbrücke (13) angeordnet ist, daß wenigstens an einer Sekundärwicklung (44) ein Löschstromkreis (60) liegt, der zumindest aus zwei mit einer Steuerelektrode (46; 47) versehenen antiparallel geschalteten Hilfsthyristoren (48; 49), einem mit diesen in Reihe geschaltetem Löschkondensator (50) und einer hierzu gleichfalls geschalteten Induktivität (51) besteht, wobei die Steuerelektroden (46; 47) der Hilfsthyristoren (48; 49) jeweils an einen den Löschbefehl abgebenden Ausgang (42 R; 42 R') der Steuereinheit (30) angeschlossen sind.

5. Inverterschaltung nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Wechselspannungsbelastung (58) und der Löschstromkreis (60) der Zwangskommutier-und-Löscheinheit (20) jeweils parallel an der Sekundärwicklung (44) des Transformators (45) liegen.

6. Inverterschaltung nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Transformator (45) der Zwangskommutier-und-Löscheinheit (20) noch eine dritte Wicklung (61) aufweist, wobei der Löschstromkreis (60) an der Sekundärwicklung (44) und die Wechselspannungsbelastung (58) an der dritten Wicklung (61) liegt.

7. Inverterschaltung nach Punkt 1 bis 6, insbesondere einphasige Inverterschaltung mit geteilter Batterie, bei der die am Gleichspannungseingang (1) liegende, mit einer Mittelklemme (12) versehene zweite Halbbrücke (13) aus zwei in Reihe geschalteten Brückenzweigen (8; 9) besteht, wobei jeder Brückenzweig aus mindestens einem Kondensator (10; 11) besteht, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen der Mittelklemme (12) und jeder Klemme des Gleichspannungseingangs (1) der Eingang (56) eines spannungsabtrennenden Pegelüberwachers (55) angeordnet ist, der bei einer Spannungsabweichung von einem gegebenen Spannungspegel in beliebiger Richtung den logischen Signalpegel ändert, wobei der Pegelüberwacher (55) als eine die Zündung der Thyristoren (4; 5) verhindernde, ein Verbotssignal abgebende Einheit ausgebildet ist.