DE1267329B

DE1267329B - Ruhender mehrphasiger Wechselrichter

Info

Publication number: DE1267329B
Application number: DEP1267A
Authority: DE
Inventors: Edward M Schmidt
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1958-06-30
Filing date: 1959-06-29
Publication date: 1968-05-02
Also published as: GB875940A; FR1227955A; US2953735A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H02m

H02p

Deutsche KL: 21 d2-12/03

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1267329
P 12 67 329.9-32
29.Juni 1959
2. Mai 1968

Die Erfindung betrifft einen ruhenden mehrphasigen Wechselrichter mit einem Zündimpulsgenerator und mit getrennten Mitteln für die periodische Zuführung aufeinanderfolgender Zündimpulse in zyklischer Reihenfolge von dem Zündimpulsgenerator an die elektronischen Schaltelemente, denen ein mehrphasiger Ausgangstransformator nachgeschaltet ist.

Es sind bereits Wechselrichter bekannt, bei denen die Zündung der Schaltelemente, ζ. Β. Thyratronoder Ignitronröhren, durch selbsterregte Kreise gesteuert wird. Weiter ist es auch bekannt, die Schaltelemente mittels eines Phasentransformators, d. h. durch eine Mehrzahl von Schaltkreisen zu steuern. Diese bekannten Wechselrichter haben den Nachteil, daß die Frequenzen der von ihnen abgegebenen Wechselspannungen und deren gegenseitige Phasenlage nicht sehr konstant sind. Dies ist auf die Mehrzahl der frequenzbestimmenden Kreise, die unter Umständen voneinander abhängig sind, der bekannten Wechselrichter zurückzuführen.

Eine wesentliche Verbesserung des Frequenzverhaltens vermittelt eine ebenfalls bekannte Schaltung, bei der zum Regeln der Frequenz des erzeugten Wechselstromes ein Zündimpulsgenerator mit regelbarer Frequenz vorgesehen ist, wobei eine Zählringschaltung für die periodische Zuführung aufeinanderfolgender Zündimpulse in zyklischer Reihenfolge zwischen den Zündimpulsgenerator und die Thyratrongitter geschaltet ist.

Bei allen diesen bekannten Schaltungen werden jedoch die Zündimpulse den Schaltelementen automatisch und zwangläufig zugeführt, ohne daß der tatsächliche Schaltzustand der Elemente im Hinblick auf die Abgabe der Zündimpulse überwacht wird. Somit werden beispielsweise bei Rückzündungen oder bei einem nicht rechtzeitigen Löschen eines Schaltelements auch noch die übrigen Schaltelemente gezündet, da die Impulsgabe unabhängig hiervon weiterhin erfolgt, so daß insbesondere der gefürchtete dreipolige Kurzschluß eintreten kann, bis die Schaltelemente insgesamt abgeschaltet werden. Bei Halbleiterschaltelementen sind Kurzschlüsse besonders unangenehm, da die Transistoren gegenüber Überströmen sehr empfindlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ruhenden mehrphasigen Wechselrichter der eingangs geschilderten Art betriebssicherer zu gestalten. Dementsprechend zeichnet sich der ruhende mehrphasige Wechselrichter erfindungsgemäß dadurch aus, daß die Zündimpulse den Schaltelementen über logische Schaltkreise zugeführt sind, deren Schaltzustand von Signalen abhängig ist, die an den Ausgängen der

Ruhender mehrphasiger Wechselrichter

Anmelder:

Borg-Warner Corporation,

Chicago, JlL (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,

2000 Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:
Edward M. Schmidt,
Chicago, JIl. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 30. Juni 1958 (745 412)

Schaltelemente abgenommen und über einen logischen Steuerstromkreis den Eingängen der logischen Schaltkreise zugeführt sind.

a5 Dadurch wird die Zündung der einzelnen Schaltelemente in Abhängigkeit von ihrem Schaltzustand in jedem logischen Schaltkreis vorbereitet, so daß beim Eintreffen des nächsten Zündimpulses von dem Zündimpulsgenerator nur dieser Schaltkreis aktiviert wird und den Zündimpuls auf die Steuerelektrode des betreffenden Schaltelements schaltet. Die anderen logischen Schaltkreise werden dagegen nicht aktiviert, da sie nicht vorbereitet sind. Wird beispielsweise ein Schaltelement nicht rechtzeitig gelöscht, so kann infolgedessen der nächste an die Reihe kommende Schaltkreis nicht vorbereitet werden, so daß der folgende Zündimpuls diesen Schaltkreis nicht aktivieren kann. Somit wird bei einer Störung der jeweilige Betriebszustand des Wechselrichters beibehalten, so daß insbesondere der dreipolige Kurzschlußfall nicht eintreten kann. Durch den Zündimpulsgenerator ist die Frequenzhaltung unabhängig von der Belastung, aber gegenüber den bekannten Schaltungen nicht verschlechtert.

Ein Ausführungsbeispiel eines Wechselrichters gemäß der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 ist ein Blockschaltbild eines dreiphasigen Wechselrichters nach der Erfindung;

F i g. 2 ist eine grafische Darstellung des Leitzustandes der gesteuerten Schaltelemente gemäß Fig.1;

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F i g. 3 ist eine grafische Darstellung der Spannung Eingang des UND-Gatters 25 an, dessen anderer am Ausgang der Schaltelemente bei angeschlossener Eingang Spannung von dem ausgeschalteten Schalt-Last; element 16 erhält, so daß das UND-Gatter 25 beim Fig.4 stellt die Schaltfolge der Schaltelemente nächtsfolgenden Impuls das Schaltelement 19 eindar; 5 schaltet. Dadurch wird das Schaltelement 18 ausge-Fig. 5 entspricht dem Blockschaltbild in Fig. 1, schaltet. In dieser Weise vollzieht sich die zyklische jedoch mit Darstellung von Schaltungseinzelheiten in Schaltfolge, so daß über die Ausgänge der Schalteiner Phase. elemente 14 bis 19 der jeweilige Schaltzustand in ein-Der Wechselrichter besteht gemäß Fig. 1 aus deutiger Weise gesteuert wird. Die an den Ausgangseinem Zündimpulsgenerator 11, dem logischen Steu- io transformator 13 angeschlossene Last hat dabei keine erstromkreis 12, den elektronischen Schaltelementen Rückwirkung auf diese Steuerung. 14 bis 19, den logischen Schaltkreisen 20 bis 25 und In Fig. 5 ist die Schaltung einer einzelnen Phase einem Ausgangstransformator 13. Die Zusammen- im Detail gezeigt. Die UND-Gatter 20 bis 25 sind schaltung erfolgt in der in Fig. 1 gezeigten Weise. — wie beim UND-Gatter 22 gezeigt — aus einem Die logischen Schaltkreise 20 bis 25 sind im folgen- 15 NPN-Transistor 30, den PNP-Transistoren 31 und den als UND-Gatter bezeichnet. 32, den Widerständen 33 bis 36 und den Kondensa-An die Eingänge der UND-Gatter 20 bis 25 wer- toren 37 bis 39 aufgebaut. Die vom Zündimpulsgeneden von dem Zündimpulsgenerator 11 nacheinander rator 11 herführende Leitung ist mit 26 und die Spitzenimpulse gegeben, deren Frequenz bzw. Hau- Masseleitung mit 40 bezeichnet. Die Basis, der KoI-figkeit bei dem dreiphasigen Wechselrichter das 20 lektor und der Emitteer jeder der Transistoren sind Sechsfache der gewünschten Drehstromausgangsfre- mit den Buchstaben b, c bzw. e bezeichnet. Die an quenz ist. den Kollektor 30 c angeschlossene Leitung 41 bildet Das Umschalten der Schaltelemente 14 bis 19 er- den Ausgang des UND-Gatters 22 und ist über den folgt derart, daß jeweils ein Schaltelement eines Kondensator 37 mit dem Schaltelement 16 verbun-Paares ein- und das andere Schaltelement des Paares 25 den. Die Leitung 41 ist über den Lastwiderstand 34 ausgeschaltet ist. Ein an die Steuerelektrode eines an die Leitung 42 mit positiver Gleichspannung von Schaltelements gelegter Schaltimpuls bewirkt das 28 V gelegt. Die Leitung 42 ist durch einen Vor-Einschalten des Schaltelements. Ist das Schaltele- spannwiderstand 43 mit der Leitung 26 verbunden, ment bereits im eingeschalteten Zustand, so hat der Die Schaltelemente 14 bis 19 bestehen — wie bei Schaltimpuls keine Wirkung. Die beiden Schaltele- 30 den Schaltelementen 16 und 17 gezeigt — aus gesteumente eines Paares sind in bekannter Weise im Ge- erten Halbleiterelementen 44 und 45, deren Anode, gentakt geschaltet, so daß das Einschalten des einen Kathode und Steuerelektrode mit den Buchstaben a, c Schaltelements das Ausschalten des anderen zur und g bezeichnet sind. Die Kathoden liegen an Masse Folge hat. Im ausgeschalteten Zustand der Schalt- und die Anoden an der Wicklung 49 des Ausgangselemente tritt an deren Ausgang eine Gleichspan- 35 transformator 13. Die Steuerelektroden erhalten den nung mit positivem Potential auf, die dem Ausgangs- Schaltimpuls. Eine Mittelpunktsanzapfung der Wicktransformator 13 und den UND-Gattern 20 bis 25 lung 49 ist über eine Drosselspule 50 mit der Leitung über den logischen Steuerstromkreis, mit dem die 51 verbunden, auf der Gleichspannung von 28 V an-Verbindungsleitungen zwischen den Ausgängen der steht. Es sind ferner noch die Kristallgleichrichter 46 Schaltelemente 14 bis 19 und den Eingängen der 40 und 47 und der Löschkondensator 48 vorgesehen. UND-Gatter 20 bis 25 bezeichnet sind, zugeführt Die Betriebsweise der in bekannter Weise im Gewird. Sind die beiden Eingänge eines bestimmten gentakt geschalteten gesteuerten Transistoren ist fol-UND-Gatters mit dieser Spannung belegt, so wird gende:

von dem UND-Gatter beim Auftreten des nächsten Es wird vorausgesetzt, daß von den Ausgangs-Zündimpulses vom Zündimpulsgenerator 11 der 45 leitungen der Schaltelemente 15 bzw. 18 gleichzeitig Schaltimpuls an das betreffende Schaltelement über- Signale auf die beiden Eingangsleitungen des UND-tragen. Gatters 22 übertragen werden, wie es z. B. während Der Schaltzyklus der Schaltelemente 14 bis 19 ist des zweiten Impulses gemäß F i g. 4 der Fall ist. Die in F i g. 2 in Abhängigkeit von der Zeit bzw. den Eingangssignale der Schaltelemente 15 und 18 bewirvon Zündimpulsgenerator 11 gelieferten Impulsen 1 50 ken ein Ausschalten beider Transistoren 31 und 32. bis 6 dargestellt. In F i g. 3 ist die Ausgangsspannung Der Transistor 30 befindet sich normalerweise im jedes Schaltelements aufgetragen. Die Schaltfolgen Leitzustand, d. h., es fließt Strom von der Gleichsind so gewählt, daß der eingeschaltete Zustand der stromleitung 42 durch den Widerstand 34, die Lei-Schaltelemente 14,16 und 18 eine Phasenverschie- tung 41, den Kollektor 30 c und den Emitter 3Oe zur bung von 120° und der eingeschaltete Zustand der 55 Masseleitung 40. Im Leitzustand des Transistors 30 Schaltelemente 15,17 und 19 eine Phasenverschie- ist die Spannung auf der Leitung 41 infolge des gebung von ebenfalls 120° zur Folge hat. F i g. 4 er- ringen inneren Widerstandes zwischen dem Kollektor läutert die Schaltfolge jedes einzelnen Schaltelements 30 c und dem Emitter 3Oe verhältnismäßig niedrig, in Abhängigkeit von den vom Zündimpulsgenerator Der größte Teil der Spannungsdifferenz von 28 V gelieferten Impulsen für einen vollständigen Schalt- 60 zwischen der Leitung 42 und der Masseleitung 40 zyklus. In der linken Spalte ist der Schaltzustand der liegt am Widerstand an.

Schaltelemente beim Inbetriebsetzen gezeigt. Dem- Die von der Zündimpulsleitung übertragenen Im-

entsprechend sind die Schaltelemente 16 und 19 aus- pulse sind vorzugsweise negativ und können einen

geschaltet, so daß beim Inbetriebsetzen die beiden Spitzenwert von etwa —14 V haben. Einer dieser

Eingänge des UND-Gatters 20 belegt sind und beim 65 negativen Impulse bewirkt bei seiner Übertragung auf

nächstfolgenden Impuls das Schaltelement 14 einge- die Basis 30 b durch den Widerstand 33 ein Abschal-

schaltet wird. Dadurch wird das Schaltelement 15 ten des Transistors 30. Die Spannung der Leitung 41

ausgeschaltet. Dadurch steht Spannung an dem einen erhöht sich unverzüglich während der Zeit, in der der

Transistor ausgeschaltet ist. Diese plötzliche Erhöhung der Spannung hat die Form eines positiven Impulses, der durch den Kondensator 37 auf das Gitter 44 g des Transistors 44 übertragen wird. Dieser Eingangsimpuls bewirkt eine Auslösung des Transistors

44, so daß dieser in den Leitzustand kommt und Strom von der Leitung 51 durch die Spule 50, die Primärwicklung 49, die Anode 44 a und die Kathode

44 c zur Masse fließt.

Wenn der Transistor 44 im Leitzustand ist, sinkt die Spannung an der Anode 44 a auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert, z. B. +1 oder +2 V, ab. Der plötzliche Spannungsabfall an der Anode 44 a wird durch den Löschkondensator 48 auf die Anode

45 α des Schaltelementes 17 übertragen. Dieser Spannungsabfall bewirkt ein Ausschalten des Transistors

45. Nach Ausschaltung des Transistors 45 steigt die Spannung an der Anode 45 α bis auf etwa 56 V, d. h. das Zweifache der Gleichspannung in der Leitung 51. Die Verdoppelung der Gleichspannung in der Leitung wird durch die an der anderen Hälfte der Primärwicklung 49 zugeführten Spannung verursacht. Diese erhöhte positive Spannung bildet das Ausgangssignal und wird auf je einen Eingang der UND-Gatter 21 und 24 übertragen. Die Schaltelemente 16 und 17 verbleiben in dieser Betriebsstellung, bis vom UND-Gatter 23 ein Stromstoß auf die Eingangsleitung des Schaltelementes 17 übertragen wird, um es wieder einzuschalten.

Die auf die Basen 31b und 326 der Transistoren 31 bzw. 32 übertragenen Spannungen sind daher positive Gleichspannungen von etwa 28 bis 56 V und 1 V. Für den Betrieb der Transistoren 31 und 32 spielt es keine Rolle, ob die größere Spannung 28 V oder 56 V beträgt. Wenn nur 1V auf die Basis 31 b übertragen wird, d. h. wenn kein Signal entsteht, fließt Strom von der Leitung 42 durch den Widerstand 34, die Leitung 41, den Emitter 31 e und den Kollektor 31c zur Masseleitung 40. Wenn einer der Transistoren 31 und 32 in dieser Art leitet, ist die Spannung auf der Leitung 41 verhältnismäßig niedrig, und ein Ausschalten des Transistors 30 und nur eines der Transistoren 31 und 32 hat auf die in der Leitung 41 anstehende Spannung keinen Einfluß. Infolgedessen wird durch den Kondensator 37 kein Impuls auf das Schaltelement 16 übertragen, wenn nicht alle Transistoren 31 und 32 gleichzeitig abgeschaltet sind. Eine Übertragung des Signals von hoher Spannung, d. h. 28 bis 56 V, auf die Basen 31 b und 32 b bewirkt ein Abschalten des Transistors 31 bzw. 32.

Der Widerstand 35 und der Kondensator 38, die mit der Basis 31 b verbunden sind, liefern bei der Übertragung einer Signalspannung auf die Basis 31 b eine Zeitverzögerung, um den Transistor 31 auszuschalten. Diese Zeitverzögerung ist in solcher Weise vorgesehen, daß ein Schalten von mehr als einem Paar Schaltelemente durch irgendeinen Zündimpuls verhindert wird. Die Schaltzeit der Schaltelemente ist verhältnismäßig schnell, und da die Impulse des Zündimpulsgenerators 11 eine bestimmte Breite haben, könnte ein zweites UND-Gatter durch einen einzigen Impuls in Leitstellung gebracht und ausgelöst werden. Die ÄC-Zeitkonstante des Widerstandes 35 und des Kondensators 38 ist lang genug, um dies zu verhindern. Der Widerstand 36 und der Kondensator ίο 39 sind für denselben Zweck vorgesehen.

Claims

Patentansprüche:

1. Ruhender mehrphasiger Wechselrichter mit einem Zündimpulsgenerator und mit getrennten Mitteln für die periodische Zuführung aufeinanderfolgender Zündimpulse in zyklischer Reihenfolge von dem Zündimpulsgenerator an die elektronischen Schaltelemente, denen ein mehrphasiger Ausgangstransformator nachgeschaltet ist,

ao dadurch gekennzeichnet, daß die Zündimpulse den Schaltelementen (14 bis 19) über logische Schaltkreise (20 bis 25) zugeführt sind, deren Schaltzustand von Signalen abhängig ist, die an den Ausgängen der Schaltelemente abgenommen und über einen logischen Steuerstromkreis (12) den Eingängen der logischen Schaltkreise zugeführt sind.

2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logischen Schaltkreise als UND-Gatter mit drei Eingängen geschaltet sind, wobei der erste Eingang (Basis 30 b) mit dem Zündimpulsgenerator (11) und die beiden übrigen Eingänge (Basis 31 b, Basis 32b) mit den Ausgängen der entsprechenden anderen Schaltelemente verbunden sind.

3. Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Schaltelemente im Gegentakt geschaltet sind.

4. Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die logischen Schaltkreise mit je drei parallel geschalteten Transistoren (31, 30, 32) und die mit den Ausgängen der Schaltelemente verbundenen Eingänge (Basis 31 b, Basis 32 b) mit je einem ÄC-Glied (35, 38 bzw. 36, 39) versehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 478 645, 560 914;
schweizerische Patentschrift Nr. 319 756;
französische Patentschrift Nr. 1137 283;

Zeitschrift »AIEE-Transactions«, November 1955, S. 587 bis 592;

Zeitschrift »E-T-A«, 1958, S. 5 bis 7;
Zeitschrift »A.E.Ü.«, 1953, H. 7, S. 315 bis 327; »Siemens-Zeitschrift«, 1957, H. 10/11, S. 509 bis 512.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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