DE1243774B - Selbstgefuehrter Umrichter mit mehreren Belastungen mit Reihenkondensatoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. Cl.: H 02 m

DEUTSCHES PATENTAMT

H02p

DeutscheKl.: 21 d2-14/02

AUSLEGESCHRIFT — ™

Aktenzeichen: B 79269 VIII b/21 d2

1 243 774 Anmeldetag: 11. November 1964

Auslegetagr 6. Juli 1967

Bei selbstgeführten Wechselrichtern und als Fre- Selbstgeführter Umrichter mit mehreren
quenzwandler dienenden selbstgeführten Umrichtern Belastungen mit Reihenkondensatoren
zur Erzeugung von Wechselströmen höherer Frequenz, beispielsweise im Mttelfrequenzbereich, ist es

erwünscht, einen Schutz gegen das Auftreten hoher 5 Anmelder-Sperrspannungen im Anschluß an das Löschen jedes

Ventiles vorzusehen. Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft,

Bei Stromrichtern mit Gasentladungsventilen ist Mannheim-Käfertal, Kallstadter Str. 1
die Unterdrückung hoher Sperrspannungen mit Rücksicht auf die durch negative Sperrspannungen wäh- xo ^y_s EjHf_mcJ_er benanntrend der Entionisierungsdauer auftretende Zerstäu- „ , ,,, _Tr ■' _ΛΤ. , .
bung von Anodenmaterial und die damit zusammen- Karl-Werner Kanngiesser, Viernheim

hängende Herabsetzung der Lebensdauer der Ventile geboten. Bei Stromrichtern mit Halbleiterventi- 2
Ien ist die Unterdrückung hoher Sperrspannungen 15

wegen des- sogenannten Trägerstaueffektes erforder- aufwand. Bei Anwendung der Wechselrichter oder hch. Umrichter zum Betrieb von Induktionsöfen mit

Zur Unterdrückung der negativen Sperrspannung Mittelfrequenzstrom werden Kondensatoren zur der Ventile sind bei einigen bekannten Stromrichter- Kompensation der Blindleistung ohnehin benötigt, anordnungen zu den gesteuerten Ventilen antiparal- ₂₀ Es ist hierbei ohne weiteres möglich, die zur Kom-Iel geschaltete ungesteuerte Ventile vorgesehen wor- . pensierung dienenden Kondensatoren anstatt paralden. Dieses Vorgehen setzt aber bestimmte Vorkeh- Iel mit den Spulen der Induktionsöfen in Reihe zu rungen zum Erzwingen der als Kommutierung be- schalten.

zeichneten Ablösung der gesteuerten Ventile voraus, Dasselbe Vorgehen hat sich auch bei Tinmitteldie darauf beruhen, den Stromnulldurchgang des je- 25 baren oder direkten Umrichtern, also bei Umrichtern weils abzulösenden Ventils durch einen Gegenstrom ohne Gleichstromzwischenkreis, als mögüch erwieaus einem Energiespeicher, beispielsweise einem sen. Bei einer bekannten Anordnung eines Umrich-Kondensator, herbeizuführen. ters, der aus einem dreiphasigen Wechselstromnetz

Die durch einen Gegenstrom erzwungene Kommu- gespeist wird, ist eine als Schwingkreis ausgebildete tierung kann vermieden werden, wenn dafür Sorge 30 Belastung der oben beschriebenen Art vorgesehen, getragen ist, daß die Halbschwingungen des erzeug- wobei die Steuerung der Ventile durch eine Steuerten Wechselstromes von selbst durch Null gehen. einrichtung erfolgt, die einerseits Steuerimpulse aus

Bei einer bekannten Anordnung eines Wechsel- den Nulldurchgängen der verketteten Spannungen richters mit vorwiegend induktiver Belastung wird des Drehstromnetzes ableitet, die alle Ventile dauder natürliche Stromnulldurchgang der Halbschwin- 35 ernd in Wechsekichterbereitschaft halten, und andegungen des Wechselstromes durch eine Reihenschal- rerseits aus den Nulldurchgängen des vom Umtung eines Kondensators im Belastungskreis bewirkt. richter abgegebenen Wechselstromes verzögerte Bei dieser Anordnung wird die Kapazität des Kon- Steuerimpulse für eine Gleichrichteraussteuerung der densators und die Induktivität in Verbindung mit für die Stromführung im Gleichrichterbetrieb jeweils dem ohmschen Widerstand so bemessen, daß der ge- 40 infrage kommenden Ventile ableitet, die unverzögert bildete Schwingungskreis eine unterhalb der aperiodi- verschwinden, sobald ein Richtungswechsel des Besehen Dämpfung Hegende Dämpfung aufweist und lastungsstromes erfolgt.

eine Schwingungsdauer ein wenig unterhalb der Es ist erwünscht, Wechselrichter oder Umrichter Periodendauer des zu erzeugenden Wechselstromes, der beschriebenen Art auch mit mehreren. Stromverdie durch die Steuerung der Ventile vorgegeben ist, 45 brauchern zu belasten. Hierbei ist vorausgesetzt, besitzt, so daß der Strom jedes gesteuerten Ventiles daß im Falle induktiver Belastungen jede Induktivität vor der Freigabe des Stromflusses des zeitlich nächst- mit einem Reihenkondensator verbunden ist, so daß folgenden Ventiles spätestens nach Durchlaufen einer man es mit mehreren parallel geschalteten Reihen-Halbschwingung durch Null geht. Schwingkreisen zu tun hat. Jeder dieser Schwingin sehr vielen Anwendungsfällen von Wechsel- 50 kreise soll so ausgelegt sein, daß er eine unterhalb¹ richtern oder Umrichtern bedeutet die ZuschaItung der aperiodischen Dämpfung. Hegende Dämpfung eines Reihenkondensators keinen besonderen Mehr- aufweist und eine Schwingungsdauer ein wenig unter-

Claims (2)

1 halb der mit der Periodendauer der Steuerung übereinstimmenden Periodendauer der Wechselströme der Belastungen besitzt. Die Belastungen können beispielsweise Induktionsöfen sein, deren Blindleistung durch die Reihenkondensatoren kompensiert ist. Bei dieser Betriebsweise ist die für alle Belastungen gemeinsame Ausgangswechselspannung des Wechselrichters oder Umrichters die resultierende Spannung der Reihenresonanzkreise, während die Spannungen an den Induktivitäten oder Kondensatoren im Verhältnis des Gütefaktors der Kreise ,höher liegen. Dieser Gütefaktor kann bei sich ändernder Dämpfung unter Umständen starken Schwankungen unterliegen. Bei Leerlauf ist die Dämpfung relativ klein und dementsprechend der Gütefaktor so hoch, daß die Schaltungselemente der Schwingkreise unzulässig überhöhten Spannungen unterworfen sein können. Während man bei Speisung eines einzelnen Verbrauchers das Auftreten einer überhöhten Spannung durch Herabsteuern der Wechselrichter- oder Umrichterspannung erreichen kann, ist bei der Speisung mehrerer Verbraucher, die zu Schwingkreisen ergänzt sind, ein solches Vorgehen nicht möglich, da dann die Schaltungselemente dieser Schwingkreise mit einem kleineren Gütefaktor eine unter ihrem Nennwert liegende Spannung erhalten und ihre Leistungsaufnahme unerwünscht herabgesetzt würde. Es ist der Zweck der Erfindung, bei Wechselrichtern oder Umrichtern mit mehreren parallelgeschalteten Schwingkreisbelastungen die Spannungsüberhöhung der Schaltungselemente der einzelnen Schwingkreise, also der Induktivitäten oder Kondensatoren, zu verhindern, ohne die Leistungsaufnahme der als Belastung wirkenden Schaltungselemente unerwünscht (herabzusetzen. Dies geschieht gemäß der Erfindung dadurch, daß die Verbindungspunkte der Induktivitäten der Belastungen mit den Reihenkondensatoren durch eine Querverbindung untereinander verbunden sind, so daß eine Parallelschaltung 'der Induktivitäten der Belastungen einerseits und der Kondensatoren der Reihenschwingkreise andererseits entsteht. Diese Schaltung ermöglicht die Anwendung einer einheitlichen SpannungsbegrenzungsregeIung der Induktivitäten und der Kondensatoren, die auf die Steuerung des Wechselrichters oder Umrichters eingreift und auf verschiedene Art und Weise die Ausgangswechselspannung herabsetzt. Die Schaltung nach der Erfindung bezieht sich auf Umrichter, jedoch ebenso auch auf Wechselrichter. Bei einem sogenannten mittelbaren Umrichter, der aus einem Gleichrichter und einem Wechselrichter und einem Gleichstromzwischenkreis besteht, ist der Wechselrichter ein Bestandteil des Umrichters. Ist bei diesem Umrichter der Gleichrichter steuerbar ausgeführt, so kann die Spannungsbegrenzungsrege-Iung auch durch eine Steuerung erfolgen, die auf den Gleichrichter einwirkt und damit die Spannung des Gleichstrornzwischenkreises herabsetzt. Ein Sehaltungsbeispiel einer Umrichter-Anordnung der vorbeschriebenen Art mit einer Schaltung des Belastungskreises nach der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Die Zeichnung zeigt eine durch Wechselstrom der Netzfrequenz gespeiste Umrichteranordnung mit Gleichstromzwischenkreis, die aus einem schematisch dargestellten Gleichrichter 1, einer in den Gleich- 774 stromzwischenkreis eingeschalteten Gleichstromdrossel 2 und einem Wechselrichter besteht. Der Wechselrichter ist in einer als Verdopplerschaltung bezeichneten Schaltung aufgebaut. Die Eingangsgleichspannung des Wechselrichters, die durch den Gleichstromzwischenkreis zugeführt wird, wird durch Kondensatoren 3 und 4 in zwei gleiche Teilspannungen aufgeteilt. Jeder Teilspannung ist ein als Gasentladungsventil mit Steuergitter dargestelltes steuerbares Ventil und ein dazu antiparallel geschaltetes ungesteuertes Ventil zugeordnet. Die gleichsinnig in Reihe geschalteten steuerbaren Ventile sind mit 5 und 6, die ungesteuerten Ventile mit 7 und 8 bezeichnet. Zwischen dem Verbindungspunkt A der Ventile und dem VerbindungspunktB der Kondensatoren ist die Primärwicklung eines Transformators 9 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung mit der Wechselstrombelastung des Wechselrichters verbunden ist. Diese Wechselstrombelastung besteht aus mehreren parallel geschalteten Reihenschwingkreisen, die aus mit ohmschen Widerständen behafteten Induktivitäten 12 a, 12b, ..., 12 π und Kondensatoren 11 a, 11 b,,.. 11 η zusammengesetzt sind. Sie sind an die Wechselstrom-Anschlußleitungen RS angeschlossen. Sie sollen so ausgelegt sein, daß jeder Schwingkreis eine unterhalb der aperiodischen Dämpfung liegende Dämpfung aufweist und eine Schwingungsdauer ein wenig unterhalb der durch die Steuerung des Wechselrichters vorgegebenen Periodendauer der Belastungswechselströme und der gemeinsamen Wechselspannung des Wechselrichters besitzt. Die Belastungen können durch zweipolige Schalter 13 a, 13 b,..., 13 η zu- und abgeschaltet werden. Die Verbindungspunkte Ca, Cb ..., Cn der Induktivitäten und der Kondensatoren sind erfindungsgemäß durch eine mit O bezeichnete Querverbindung untereinander verbunden. An die die Kondensatoren einschließenden Leitungen O und R ist ein für eine Spannungsbegrenzungsregelung bestimmtes Steuergerät 10 angeschlossen, das, wie die ausgezogenen Funktionslinien andeuten, auf die Steuergitter der Ventile 5 und 6 des Wechselrichters einwirkt. Es ist auch möglich, diese Regelung auf die Ventile des in diesem Falle steuerbar ausgeführten Gleichrichters 1 einwirken zu lassen, wie durch die gestrichelt gezeichneten Funktionslinien angedeutet ist. Die Anordnung ermöglicht einen Betrieb der jeweils eingeschalteten Belastungen mit maximaler Spannung und daher mit der maximal möglichen Leistung. Patentansprüche:

1. Selbstgeführter Umrichter mit mehreren Belastungen mit Reihenkondensatoren, die in Verbindung mit den Induktivitäten der Belastungen Reihenschwingkreise bilden, die eine unterhalb der aperiodischen Dämpfung liegende Dämpfung aufweisen und eine Schwingungsdauer ein wenig unterhalb der Periodendauer der durch die Steuerung der Ventile des Umrichters vorgegebenen Periodendauer der Belastungswechselströme besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbmdungspunkte (Ca, Cb... Cn) der Induktivitäten der Belastungen (12 a, 12b ... 12«) mit den Reihenkondensatoren (IIa, Ub .,. lln) durch eine Querverbindung(O) untereinander verbunden sind, so daß eine Par-

abschaltung der Induktivitäten einerseits und der Kondensatoren der Reihenschwingkreise andererseits entsteht.

2. Selbstgeführter Umrichter nach Anspruch 1, mit einer Spannungsbegrenzungsregelung der Spannungen der Schaltungsbestandteile der Belastungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Spannungsbegrenzungsregelung dienendes Steuer-

gerät (10), das in an sich bekannter Weise auf die steuerbaren Ventile des Umrichters oder auf die Ventile des zur Speisung des als mittelbarer Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis ausgebildeten Umrichters dienenden steuerbaren Gleichrichters einwirkt, an die parallelgeschalteten Kondensatoren der Reihenschwingkreise der Belastungen angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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