DE1413533A1 - Selbstgefuehrter,fremdgesteuerter Wechselrichter mit Ausgangstransformator - Google Patents

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-Goi&oboHo -j , -. * ς ο ο Frankfurt/Main? Theodor-Stern-Kai 1

Dombrowski/Olf„ PB=Kr₀ Do 32 129

Seihetgeführter» fremdgesteuerter Wechselrichter mit Ausgangs-

transformator

Selbstgeführte Y/echselrichter sind Stromrichter zur Erzeugung einer Wechselspannung aus einer Gleichepannung bei Fehlen sines führenden Wechselstromnetzes₀ Der Zweck dieser Umformung ist in der Mehrzahl der Fälle die Schaffung einer Transformationsmög» lichkeit; der Wechselrichter wird also im allgemeinen auf einen Ausgange transformator arbeiten«.

Die Auegangssp&nnung des Wechselrichters darf dann aber Icein Gleichspannungsglied enthaltene eine Forderung _s die im Gegensatz zum rotierenden Generator nicht von selbst erfüllt ist» Ein Gleich spannungsglied kann beispielsweise durch Ungenauigkeiten in der Zündung von »echselrichter-Ventilen oder durch unterschiedliche Spannungsabfälle in den Ventilen selbst Zustandekommen,, Da der hierdurch im Ausgangstransformator hervorgerufene Ausgleichsειrom» besonders bei magnetisch hochwertigem Kernmaterial» nur sehr kurz= zeitig als Magnetisierungsspitze auftritt& genügen bereits kleine

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Gleichspannungen ₉ um eine beachtliche Vergrößerung des primären Effektivetromes und vor allem des von den Ventilen zu führenden Spitzenstromes zu bewirken.,

Der gleiche Effekt tritt vorübergehend bei jedem Einschalten der Anlage auf_o Eine Ausnahme ist lediglich dann gegebene wenn die Dauer der Ausschaltung zufällig ein ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer der Wechselspannung war* so dass der Transformator seinen Induktionsverlauf in dem Punkt der Periode fortsetzt»in dem er unterbrochen wurde_o

Weiterhin müsste bei exakter Auslegung des Transformators ₉ aber unzulässiger Erhöhung der Gleichspannung» die ganze Anlage nur we^en der durch einen vergrösserten Magnetisierungsstrom möglichen Schäden vom Netz getrennt werdenο

Die Erfindung will nun durch geeignete Beeinflussung der Wechsel«- riehterfrequenz die genannten Sachteile mindern» Demgemäß betrifft die Erfindung einen selbetgeführten₉ fremdgesteuerten Wechselrichter mit Ausgangs transformator und Steuereinrichtung wobei die Primärwicklung des Ausgangs transformator von durch die Steuereinrichtung gesteuerten Wechselrichterschaltelementen be·=» aufschlagt wird» Die Erfindung iet dadurch gekennzeichnet _s dass den Magnetisierungsstrom des Ausgangstransformators erfassende Mittel vorgesehen sind und dass die Steuereinrichtung derart aus= gebildet ist₉ dass nur bei Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwertes des fcagnetieierungsstromes die den Magnetisierung^

strom erfassenden Mittel eine verzögerungsfreie Umsteuerung der .

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lKecheelrichterschaltelemenfce bewirken, 1413533

Eine Ausführungsmöglichkeit des Gegenstandes der Erfindung besteht darin« dass als den Magnetieionmgsstrom des Ausgangstransfor·= mators erfassende Mittel ©in Erfassung®transformator mit gegenüber dem Magnetisierungestrom des Ausgangstransformators kleinem Magnetisierungsstrom vorgesehen 1st und dass der Erfassungstransformator mit drei Wicklungsteilen versehen ist, dessen einer Wicklungsteil mit der Primärwicklung und dessen zweiter Wicklungsteil mit der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators in Reihe ge= schaltet ist, während über den dritten fticklungsteil als Differenz der von erstem und zweitem Wicklungeteil bewirkten Durchflutungen der Magnetisierungsstrom des Ausgangstransformators erfaßbar late Dabei wird man für den Erfassungstransformator weit unterhalb der Sättigungsinduktion betriebenes Kernmaterial mit geringem.Magnetisierungsbedarf vorsehenο

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die Figuren_o

Pigo 1 zeigt ein Aueführungebeispiel der Erfindung_o {

Figo .2 dient der Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung und zeigt Kurvenbilder über der Zeit to

In Figo 1 ist gezeigt» wie ein ein festgesetztes laß überschrei— tender Überschuß des Magnetisierungsstromee eines Ausgangstrans« formators 2 eines Wechselrichters als Korrekturgröße für den zu-= gehörigen Taktgeber der WechselrickterBteuerung verwendet werden kanne Der Wechselrichter selbst enthält eine Brückeneehaltung 1

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von steuerbaren Wecbselrichter-Schaltelementen« Letztere sind mit II000I4 bezeichnet und können durch Gesentladungs- oder Halbleiterventile gebildet sein_o Mit Hilfe der Brückenschaltung 1 wird die Primärwicklung 21 des Ausgangstransformators 2 periodisch beaufschlagte An der zugehörigen Sekundärwicklung 22 ist das zu speisend θ Wechselspannungenetz U^ angeschlossene Die Speisung der Brückenschaltung 1 erfolgt wiederum aus einem Gleichspannungsnetz Ug«

Die Steuereinrichtung 3 der Brückenschaltung 1 enthält einen an eich bekannten Multivibrator., Dabei sind mit 33 und 34 zwei Transistoren»mit 35 und 36 Belastungswiderstände.» mit 37 und 38 zeitbestimmende Kondensatoren und mit 91°oo95 Zeitkonstanten und Potentialverhältnisse festlegende Ohmsehe Widerstände bezeichnet« Die bumme der Widerstände 33 und 92 bestimmt im wesentlichen die Aufladezeitkonstsjite des Kondensators 38 ₉ während die -Summe der Widerstände 36 und 91 im wesentlichen die Aufladezeitkonetanta des Kondensators 37 bestimmte Die Widerstände 91 und 92 bestimmen im wesentlichen jeweils die Äntladezeitkonstante der Kondensatoren 37 und 38-o Das Widerstandsnetzwerk des Multivibrators ist so bemessen9 dass die Entladezeitkonstante der Kondensatoren 37 und 38 klein gegenüber der Aufladezeitkonstante dieser Kondensatoren 37 und 38 ist* Die Dauer einer Halbperiode der Multivibratorschwingung ist von der Aufladezeitkonstante des jeweiligen Kondensatore 37 bzwο 38 bestimmt₀ Bei einem willkürlichen Eingriff in die Multivibratorschwingung macht sich für den Pail einer Verkürzung einer Halbperiode dieser Eingriff in der folgen= den Halbperiode nicht bemerkbar.» Als bpeisespannung des Multivi-

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brators kommen insbesondere die umzuformende Gleichspannung U_&l ein über spannungsteiler erzeugter Teil dieser Gleichspannung ü_& oder eine stabilisierte Hilfaepannung in Frage»

An Ausgangsklemmen 31 und 32 des Multivibrators 3 werden Steuerspannungen abgenommen und über ein aus einem Kondensator 51 und einen Obuseben Widerstand 52 bestehendes Differentiierglied der Primärwicklung 41 eines Impulsübertragerβ 4 zugeführt_β Die Tom Iapulsübertrager 4 abgegebenen Steuerimpulse werden jeweils für swel steuerbare Ventile 11 und H bzw. 12 und 13 wirksam_o IFm * diese abwechselnde Wirksamkeit zu erreichen» Bind zwischen den Sekundärwicklungen 42*»»45 des ZapulsUbertragers 4 und die Steuerelektroden der steuerbaren Ventile II000I4 jeweils Sperrdioden 46.ο·«49 geschaltet·

Zur Verwirklichung der Erfindung ist ein Erfassungstransformator 6 vorgesehenρ dessen Bagnetisierungsbedarf klein gegenüber dem liagnetisierungsbedarf des Ausgangstransformators 2 istο Der kleine Magnetisierungsbedarf lässt sich durch Verwendung eines hochwertigen Kernmaterials mit schmaler steiler und ausgeprägten Sättigungsknicken versehener Magnetieierungsschleife erreichenο Die Primärwicklung 61 des Erfassungstransformatore 6 ist mit der Primärwicklung 21 des Ausgangstransformators 2 in Reihe geschal« teto Entsprechend ist die Sekundärwicklung 62 des Erfassungstransformatore 6 mit der Sekundärwicklung 22 des Ausgangstransforma« tors 2 in Reihe geschaltetο Der demgemäß den Primär» und Sekundär- ' strom des AUBgangstransformators führende ErfasBüngstransformator

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6 let in seiner Primär« und Sekundärwicklung 61 und 62 dem Aus» gangetransformator 2 angepasst <> Bei vernachlässigbarem Magnet!- sierungsstrom des Erfassungetranefonnators .6 ist dann ein in der Tertiärwicklung 63 des JSrfassungstransformators 6 flieaaender Strom ein HaS für den Magnetisierungsstrom des AusgangBtransforaatore 2ο

Der iSrfaaeungetransformator 6 überträgt «war unmittelbar kein •vsntuell vorhandenes stationäres Gleichstromglied des Megnetisierwogestromes des Auegangstransformätore 2ι jedoch können auob In der Sekundärwicklung 63 des Srfassungstransformators 6 mit einer bestimmten Polarität auftretende Stromspiteen zur Beurteilung, ob ein Gleichatromglied vorhanden ist und eine suläsalge Größe überschreitet, und damit zur erflndungsgemäßen Umsteuerung der flechselricbterschaftelemente herangezogen werden. Derartige Stromspitzen sind wegen der nichtlinearen Magnetieierungskurve im Sättigungsbereich stets vorhandene

Die Tertiärwicklung 63 des Erfassungstransformators 6 ist mit einem Bürdenwiderstand 7 belastete Der Strom der Tertiärwicklung 63 erzeugt im Bürdenwiderstand 7 eine Spannung₉ die im Normal= betrieb des Wechselrichters einen bestimmten Wert nicht überschreit teto

Überschreitet beispielsweise bei Störungafällen der Magnetisierungsetrom des Ausgangstransformators 2 seinen normalen Spitzenwert, dann überschreitet auch die Spannung am Bürdenwiderstand 7 einen bestimmten Nornalwert» Dies kann mit Hilfe von sogenannten

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Referenzelementen erfasst werden«, Als solche ,Elemente kommen Zenerdioden in Frage_s wie sie hier mit 81. und 82 bezeichnet sind. Sobald eine bestimmte Spannung am Bürdenwiderstand 7 erreicht ist» werden die νοι&^ιβηηΐβη Referenzelemente 81 und 82 leitend, so dass schlagartig der eine Transistor 33 bzwo 34 gesperrt wird und der ©rdere Transistor 34 bzw_o 33 geöffnet wirdo Dies bewirkt einen Spannungssprung an den Klemmen 31 und 32 des Multivibrators_o Über den Differentiierkondensator 51 und den Impulsübertrager 4 werden den Steuerelektroden der steuerbaren Ventile 11 und 14 oder 12 und 13 praktisch .verzögerungsfrei Steuerimpulse zugeführtό g

Selbst bei einer betiachtliehen Erhöhung der Speisegleichspannung Un kann der Wechselrichter» ohne selbst Schaden zu nehmen» am Gleichspannungsnetz angeschlossen bleiben» über den Magnetisierungsstrom des Ausgangstransformator 2 wird lediglich die frequenz der vom Wechselrichter erzeugten Wechselspannung U erhöhte

In Figo 2 sind Stromverläufe Ϊ über der Zeit t gezeigt_o Mit I₁ ist der die Primärwicklung 21 durohfliessende Strom bezeichnet«, I₂ gibt den die Sekundärwicklung 22 durchfliessenden rechteck- ™ förmigen Strom an. Die Differenz von I₁ und I₂ stellt den Bäagnetisierungsstrom I ,„ des Ausgangstransformators 2 dar* Die den Magnetisierungsstroia I eingrenzenden strichpunktierten Linien geben die Ansprechwerte der jeweiligen Zenerdiod© 81 bzwο 82 an_o

In Pig» 2 gibt der Teil A einen Normalbetrieb an_o Der Teil B zeigt einen mit der Zeit t ^ t_n einleitenden Einschaltvorgangο Im Teil B erreicht der Magnetieierungostrom I alsbald einen

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Grenzwert, bei dem das eine der Referenzelemente anspricht und so eine praktisch unverzb'gerte Umsteuerung der als Wecbselrich=· terschaltelemente dienenden steuerbaren Ventile bewirkt. Anechliessend wird sich der Magnetisierungsstrom I im Hormalfall in den vorgesehenen Grenzen halten»

Der neue Wechselrichter eignet sich besonders zur Übertragung grusserer Leistungen» wie sie beispielsweise bei der Speisung von Bahnmotoren benötigt werden (vgl» Patentanmeldung L 44 414 ?IIIb/20 l)o

8 Seiten Beschreibung, 4 Ansprüche und 1 Blatt Zeichnungen alt 2 Figuren

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Claims (1)

1. Licentia Patent"-Verwaltungs~Gomob.H_o Prankfür t/Main, Theodor-Stern-Kai 1

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   Patentansprüche :

   Selbetgeführter, fremdgesteuerter Wechselrichter mit Ausgangs=* transformator und Steuereinrichtung» wobei die Primärwicklung des Auagangstransformators von durch die Steuereinrichtung gesteuerten Wechselrlchterschalteleioenten beaufschlagt wird,

   dadurch gekennzeichnet,

   dass den Magnetisierungstrom (I _u) des Ausgangetransformators

   (2) erfassende Mittel (6) vorgesehen sind

   und dass die Steuereinrichtung (5) derart ausgebildet ist₉ dass nur bei überschreiten eines vorgegebenen Maximalwertes dee fcagnetisierungsstromes (I ) die den Magnetisierungsstrom

   / (I ) erfassenden Mittel (6) eine verzögerungsfreie ümsteue=

   / rung der ^echselrichterschalteleinente (1) bevdrken_o

   2ο Wechselrichter naeh Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet₉

   dass eis denJiiagnetisierungsstrom (I _w) des Ausgangstraneformatore (2) erlassende Mittel ein Erfassungstran^formator (6) mit gegenüber dem Magnetiaierungßstrom (I^₁) des Au8gangstrans° formatore (2) kleinem Magnetieierungeetrom vorgesehen ist

   und dase der Eriassungetransformator (6) mit drei Wicklungeteilen (61oco63) versehen ist, dessen einer Wioklungeteil (6t)

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   slit der Primärwicklung (21) und deseen zweiter Wicklungeteil (62) mit der Sekundärwicklung (22) des Ausgangatransformatore (2) in Reihe geschaltet ist₈ während über den dritten Wicklung·- teil (63) als Differenz der von erstem (61) und «weitem (62) Wicklungsteil bewirkten Durchflutungen der Magnetisierungen

   strom (I ) des Ausgangetransformator (2) erfaßbar istο /

   3ο Wechselrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet!

   dass für den Erfassungstransformator (6) weit unterhalb der Sättigungsinduktion betriebenes Kernmaterial mit geringem Magnetisierungsbedarf vorgesehen ist«

   4ο Wechselrichter nach einem der vorstehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet» dass eine die Steuereinrichtung (3) speisende Gleichspannung gegen Spannungeschwankungen stabilisiert istο