DE1438446B2 - Wechselrichterschaltung - Google Patents

Description

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formatorisch zugeschaltet werden kann, jedoch ist Widerstand und den Schalter aufgeladen. Beim Zün-

ein niederohmiger Kommutierungspfad, in dem we- den des zugehörigen Lastgleichrichter-Gefäßes wird

der die Gleichspannungsquelle noch die Last bzw. der Kondensator über dieses Gefäß, die Diode und

die Lastprimärwicklung liegen, dieser Entgegenhai- die Induktivität umgeladen. Die Ladung kann jedoch

tung nicht zu entnehmen. 5 wegen der Diode nicht mehr zurückfließen. Erst

Da die Kapazität des Reihenschwingkreises aus wenn der Kommutierungsgleichrichter gezündet wird,

den obigen Gründen groß bemessen sein muß, ist kann die am Kondensator anliegende Spannung den

der die Gleichstromquelle belastende Strom zum Strom des vorher leitenden Lastgleichrichter-Ge-

Nachladen verhältnismäßig groß, so daß die Gleich- fäßes zum Erlöschen bringen. Die Kommutierung

Stromquelle verhältnismäßig stark belastet wird. io selbst geht ohne Mitwirkung der Induktivität vor

Außerdem ist die Höhe der erzielbaren Betriebs- sich, weshalb das Lastgleichrichter-Gefäß plötzlich

frequenzen durch die zusätzlich im Kommutierungs- einer hohen Sperrspannung ausgesetzt ist. Die Induk-

pfad liegenden Reaktanzen begrenzt. tivität wird nur zum Umladen des Kondensators be-

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe nutzt. Anders als bei der erfindungsgemäßen Anzugrunde, einen Wechselrichter der eingangs er- 15 Ordnung muß außerdem bei diesem Wechselrichter wähnten Art, bei dem die Lastgleichrichter schonend für jeden Lastgleichrichter eine zusätzliche Diode durch einen sinusförmig anwachsenden Kommutie- und der genannte Ladekreis für die Inbetriebnahme rungsstrom gesperrt werden, so weiter zu entwickeln, vorgesehen sein.

daß ein höherer Wirkungsgrad und höhere Betriebs- Ausführungsformen der Erfindung werden nach-

frequenzen erzielbar sind. 20 stehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß alle ge- beschrieben. Dabei zeigt

steuerten Gleichrichter der Schaltung Thyristoren Fig. 1 ein Schaltbild einer einphasigen Wechselsind und daß das nicht mit dem Reihenschwingkreis richterschaltung gemäß der Erfindung, die eine in verbundene Ende jedes der Kommutierungsgleich- der Mitte angezapfte Gleichspannungsquelle verrichter über eine niederohmige Strecke mit dem 25 wendet,

zugehörigen Lastgleichrichter und der zugehörigen Fig. 2 ein Schaltbild einer einphasigen Brücken-Diode so verbunden ist, daß die Energie des Reihen- Wechselrichterschaltung gemäß der Erfindung,
Schwingkreises bei der Kommutierung jeweils auf Fig. 3 ein Schaltbild einer Wechselrichterschaleinem niederohmnigen, den angesteuerten Kommu- tung gemäß der Erfindung, die einen primärseitig in tierungsgleichrichter und die zugehörige Diode ent- 30 der Mitte angezapften Lasttransformator verwendet, haltenden, von der Last oder der Gleichspannungs- Fig. 4 ein Schaltbild einer Wechselrichterschalquelle freien Kommutierungspfad umschwingt. tung gemäß der Erfindung, die in einer Brücken-

Bei dieser Anordnung fließt nun der Kommutie- schaltung eine gemeinsame Induktivität-Kapazitäts-

rungsstrom nicht mehr über die Gleichspannungs- anordnung in dem Kommutierungspfad benutzt,

quelle oder die Primärwicklung eines Lasttransfor- 35 Fig. 5 eine dreiphasige Brückenwechselrichter-

mators, sondern innerhalb eines geschlossenen, schaltung gemäß der Erfindung und

niederohmigen Kommutierungspfades. Die Ladung Fig. 6 ein Diagramm, das die Spannung in Ab-

des Kondensators wird beim Umschwingen des hängigkeit von der Zeit darstellt und den Spannungs-

Reihenschwingkreises über den gut leitenden Korn- verlauf an verschiedenen Punkten der Wechselrich-

mutierungspfad fast vollständig von der einen auf 40 terschaltung nach F i g. 1 wiedergibt,

die andere Seite übertragen. F i g. 1 zeigt eine einphasige Wechselrichterschal-

Die Kapazität des Kondensators kann daher be- tung gemäß der Erfindung. Zwei Gruppen von je trächtlich kleiner sein als bei den bisher bekannten zwei in Serie geschalteten, auch als Thyristoren beAnordnungen. Außerdem wird die Gleichspannungs- zeichneten Halbleitergleichrichtern 11, 12 und 13, 14 quelle für ein Nachladen des Kondensators nach 45 mit Steuerelektroden sind an eine Gleichspannungsder Kommutierung in entgegengesetzter Richtung quelle 15 angeschlossen. Die gesteuerten Gleichrichnur wenig belastet, da fast die gesamte Ladung wie- ter 11 bis 14 sind pnpn-Halbleiter, bei denen der der dem Kondensator zugeführt wird und der Kon- leitende Zustand durch Zuführung eines kleinen densator außerdem kleingehalten werden kann. Da- Steuersignals eingeleitet wird. Ein solcher Thyristor mit ist auch weitgehend eine gleichmäßige Belastung 50 hat einen wesentlich kleineren Spannungsabfall in der Gleichspannungsquelle gegeben. Weitere Vor- Vorwärtsrichtung als Thyratron, die Sperr- oder Anteile ergeben sich durch die Verwendung von Thyri- Sprechzeit ist außerdem wesentlich geringer, wie bestoren an Stelle von Gasentladungsstrecken als kannt ist.
steuerbaren Gleichrichtern. Die beiden Gruppen von in Reihe geschalteten

Durch die deutsche Patentschrift 682 532 ist es 55 gesteuerten Gleichrichtern 11 bis 14 liegen an der ferner bekannt, daß zwei Lastgleichrichter-Gefäßen Gleichspannungsquelle 15 (z. B. 115 Volt), die in der je ein LC-Reihenschwingkreis und eine in Reihe da- Mitte bei 16 angezapft ist. Ein Verbraucher 17 liegt zuliegende Diode parallelgeschaltet ist. Diode und zwischen der Mittelanzapfung der Spannungsquelle Induktivität sind dabei durch einen an die Kathode und dem Verbindungspunkt der beiden, den Verdes Lastgleichrichter-Gefäßes angeschlossenen Steuer- 60 braucherstrom führenden gesteuerten Lastgleichrichbaren Kommutierungsgleichrichter überbrückt. Dort ter 11 und 12. Eine Kommutierungsschaltung, die ist der eine Pol der Gleichspannungsquelle mit dem aus einem LC-Reihenschwingkreis mit einem Kon-Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator und densator 18 von z.B. 2 mf und einer Induktivität 19 dem Kommutierungsgleichrichter über einen Wider- von z. B. 60 Mikrohenry besteht, ist zwischen dem stand und einen Schalter verbunden. Bei der Korn- 65 Verbindungspunkt der beiden gesteuerten Kommumutierung dieses bekannten Wechselrichters werden tierungsgleichrichter 13 und 14 und dem Verbinfolgende Vorgänge durchgeführt: Zunächst wird dungspunkt der beiden gesteuerten Lastgleichrichter zur Inbetriebnahme der Kondensator über dem 11 und 12 angeschlossen. Zwei Kommutierungs-

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dioden 21 und 22 liegen antiparallel zu den Last- richter 12 leitend wird, der Kondensator weiter auf

gleichrichtern 11 und 12 und erfüllen einen weiter den vollen negativen Spannungswert der Gleichspan-

unten ausführlich beschriebenen Zweck. nungsquelle entsprechend der strichpunktierten Linie

Beim Betrieb macht die Einphasenwechselrichter- aufgeladen wird.

schaltung der Fig. 1 von einem Steuergerät Ge- 5 Durch die Induktivität 19 wird der Kondensator brauch, welches die Steuerelektroden der Gleich- 18 auf ein Potential aufgeladen, das etwas über dem richter 11 bis 14 ansteuert. Wenn man zunächst den vollen negativen Wert der Gleichspannungsquelle Fall des Leerlaufs betrachtet, sind die an verschie- am Ende des Zeitintervalls 13 liegt, wenn der Ladedenen Punkten der Schaltung auftretenden Spannun- strom durch den Kommutierungsgleichrichter 13 zu gen in Fig. 6 a der Zeichnung für eine Periode der io fließen aufhört. In diesem Zeitpunkt wird das Poten-Betriebsspannung dargestellt. Das Steuergerät schal- tial am Punkt 24 gleich dem der negativen Klemme tet zunächst den gesteuerten Lastgleichrichter 11 ein. der Gleichspannungsquelle und das Potential am Die Zeitspannen, während der die einzelnen EIe- Punkt 23 steigt über den Wert der positiven Klemme mente der Schaltung eingeschaltet ist, sind durch die der Gleichspannungsquelle an, so daß an dem geentsprechend numerierten Pfeile über dem Span- 15 steuerten Kommutierungsgleichrichter 13 eine entnungsverlauf in Fig. 6a angedeutet. Die relativen gegengesetzte Spannung entsteht und dieser dadurch Potentiale an den Punkten 23, 24 und 25 der Schal- stromlos wird.

tung sind in den drei Kurven 23, 24 und 25 für eine Am Ende des Zeitintervalls 12 wird der Kommu-Periode angedeutet. Das an dem Punkt 25 auftre- tierungsgleichrichter 14 leitend gesteuert, und es tende Potential bestimmt die am Verbraucher auf- 20 setzt der umgekehrte Vorgang wie der oben beschrietretende Ausgangsspannung. Wenn der Lastgleich- bene ein, d. h. der Punkt 23 wird an das volle negarichter 11 eingeschaltet ist, ist das Potential am tive Potential der Gleichspannungsquelle angelegt, Punkt 25 im wesentlichen gleich dem Potential der so daß der Punkt 24 ein Potential annimmt, welches positiven Klemme der in der Mitte angezapften unterhalb des negativen Potentials der Spannungs-Gleichspannungsquelle. Der Punkt 24 führt im we- 25 quelle liegt, und zwar um einen Betrag, der gleich sentlichen das gleiche Potential wie der Punkt 25, der Ladung des Kondensators 18 ist, wie dies durch d. h. wie die positive Klemme der Gleichspannungs- die strichpunktierte Linie angedeutet ist. Infolgequelle. Der Punkt 23 wird auf einem negativen dessen fließt ein Strom in der umgekehrten Richtung Potential gehalten, das niedriger ist als das negative durch die Induktivität 19, durch die Kommutierungs-Potential der Spannungsquelle. Der Kondensator 18 30 diode 22 und den gesteuerten Kommutierungsgleichist aufgeladen, wenn die Vorzeichen entsprechend richter 14, der den Kondensator 18 entlädt. Dieser F i g. 1 gewählt sind, und zwar auf ein Potential, das Strom erzeugt ein Potential entgegengesetzter Richetwas größer ist als die Spannung der Gleichspan- tung an dem gesteuerten Lastgleichrichter 12, so daß nungsquelle beim Leerlauf. Wenn der gesteuerte dieser wieder nichtleitend wird. Während dieser Kommutierungsgleichrichter 13 leitend gemacht wird, 35 Kommutierungsperiode wird der Kondensator 18 inspringt das Potential am Punkt 23 auf den Wert des folge der Induktivität 19 umgekehrt geladen, so daß Potentials der positiven Klemme der Gleichspannungs- der Punkt 24 wieder positiver wird, entsprechend quelle um, und das Potential am Punkt 24 springt dem Punkt 27 der strichpunktierten Linie in auf einen Wert, der oberhalb des positiven Potentials Fig. 6a. Wenn dann der gesteuerte Lastgleichrichder Gleichspannungsquelle liegt, und zwar um einen 40 ter 11 durch das Steuergerät wieder stromführend Betrag, der dem Potential am Kondensator 18 ent- wird, nimmt das Potential des Punktes 25 sofort den spricht, wie dies durch die strichpunktierte Linie in vollen positiven Wert der Gleichspannungsquelle an, Fig. 6a angedeutet ist. Nach diesem Vorgang wird so daß an der Ausgangsklemme25 eine Rechteckder Kondensator 18 durch einen Strom entladen, der welle entsteht, die dem Verbraucher 17 zugeführt durch die Induktivität 19 und über die Kommutie- 45 wird. Die Spannung am Punkt 24 steigt bis auf den rungsdiode 21 und den gesteuerten Kommutierungs- vollen Wert des positiven Potentials der Gleichgleichrichter 13 fließt; es tritt daher eine Spannung Spannungsquelle und darüber hinaus, so daß der entgegengesetzter Richtung an dem gesteuerten Last- Kondensator 18 vollständig in der ursprünglichen gleichrichter 11 auf, so daß er stromlos wird. Bei Richtung in Fig. 1, bis auf ein Potential wieder auf der Entladung des Kondensators über die Induktivi- 5° geladen wird, das etwas größer ist als das Potential tat 19 wird ein Magnetfeld in der Induktivität auf- der Gleichspannungsquelle. Während der Kommugebaut, welches bei seinem Zusammenbruch eine tierungsperioden der Lastgleichrichter 11 und 12, Ladung entgegengesetzter Richtung an dem Konden- während derer der Kondensator 18 umgeladen wird, sator 18 aufbaut, so daß die Spannung vom Punkt dienen die Kommutierungsdioden 21 und 22 dazu, 24 negativ gegenüber dem Punkt 23 verläuft, wie 55 das Potential des Punktes 25 auf dem positiven bzw. aus der strichpunktierten Linie 24 der Fig. 6 a her- negativen Wert der Gleichspannungsquelle zu halten, vorgeht, in der etwa in der Mitte des Zeitintervalls so daß es diese Grenzen nicht übersteigt. Der Punkt 13 das -Potential am Punkt 24 auf einen negativen 24 und der Kondensator 18 jedoch werden auf ein Wert unterhalb des Nullwertes 26 abfällt. Danach etwas größeres Potential als das der Gleichspanwird der Lastgleichrichter 12 leitend gesteuert; hier- 60 nungsquelle aufgeladen, und zwar um einen Betrag, durch wird der Punkt 25 an den negativen Anschluß der in erster Linie von den Leistungsverlusten wähder Gleichspannungsquelle angeschlossen, so daß rend der Kommutierungsperioden und der Zeitversofort das Potential des Punktes 25 von dem vollen zögerung zwischen den leitenden Intervallen 11 und positiven Wert der Gleichspannungsquelle auf den 12 nach Fig. 6a abhängt, die vom Steuergerät bevollen negativen Wert entsprechend der ausgezoge- 65 stimmt werden.

nen Linie 25 abnimmt. In diesem Zeitpunkt hat die Die Betriebsbedingungen für die einphasige Wech-Ladung am Kondensator 18 etwa den Wert 26 ange- selrichterschaltung nach F i g. 1 mit induktivem Vernommen, so daß, wenn der gesteuerte Lastgleich- braucher, sind in F i g. 6 b der Zeichnung dargestellt.

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Aus Fig. 6b geht hervor, daß die Wirkung des in- den Verbindungspunkten der Lastgleichrichter 11, duktiven Verbrauchers darin besteht, die entgegen- 12 und 11', 12' angeschlossen,
gesetzte Aufladung des Kondensators 18 während Die Schaltung der F i g. 2 arbeitet bei der Komdes Kommutierungsintervalls durch die kombinierte mutierung während des Betriebes ähnlich wie die Induktivität der Spule 19 und des induktiven Ver- 5 der Fig. 1. Man sieht jedoch, daß die Schaltung brauchers zu erhöhen. Infolgedessen nimmt die nach Art einer Brückenschaltung arbeitet, um die Größe des Entladungsstromes des Kondensators 18, Ausgangsspannung an der Belastung 29 zu erzeugen, die den Verbraucherstrom übersteigen muß, um die Wenn z. B. die zwei diagonal gegenüberliegenden Lastgleichrichter, welche den Verbraucherstrom Lastgleichrichter 11 und 12' Strom führen, wird die führen, richtig zu kommutieren oder umzupolen, mit io Ausgangsspannung dem Verbraucher 29 zugeführt, wachsendem Verbraucherstrom zu. Eine ähnliche wenn jedoch die beiden Lastgleichrichter 12 und 12' Wirkung ergibt sich, wenn der Verbraucher rein leitend sind, dann liegt keine Spannung an dem Verohmisch ist; wenn jedoch der Verbraucher einen braucher 29 an. Die Zeitintervalle, während der die voreilenden Phasenwinkel aufweist, bleibt der Ver- verschiedenen Lastgleichrichter 11, 12 bzw. 11', 12' lauf der Betriebsspannung ähnlich dem Leerlaufzu- 15 leitend gesteuert sind, sind in Fig. 6c dargestellt, stand. Es sei bemerkt, daß sowohl für den Leerlauf- Die resultierende Verbraucherspannung ist unterhalb zustand als auch den Belastungszustand die an dem der Einschaltzeiten dargestellt. Man kann erkennen, Verbraucher auftretende Spannung eine Rechteck- daß während derjenigen Intervalle, während der spannung ist. Diese rechteckige Wellenform ergibt zwei Lastgleichrichter, die mit der gleichen Seite der sich aus der Tatsache, daß die Lastgleichrichter 11 20 Spannungsquelle verbunden sind, gleichzeitig einge- und 12 rasch kommutiert werden, ohne daß ein schaltet sind, keine Spannung erzeugt wird. Indem Verbraucherstrom benötigt wird, der diese Kommu- man die Überlappungszeit,. während der solche tierung hervorruft. Etwaige zirkulierende reaktive gleichzeitige Leitfähigkeit auftritt, verändert, ist es Verbraucherströme werden der Gleichspannungs- möglich, die Breite der Spannungsimpulse zu ändern, quelle durch die Kommutierungsdioden 21 und 22 25 die an dem Verbraucher auftreten, wie dies durch wieder zugeführt, so daß sie die Arbeitsweise des die gestrichelten Linien der Fig. 6c dargestellt ist. Wechselrichters nicht stören. Hierdurch wird der Im übrigen arbeitet die Brückenschaltung nach Wirkungsgrad der Schaltung erheblich verbessert, Fig. 2 ganz ähnlich wie die Schaltung nach Fig. 1, da die Verbraucherströme keine kommutierende In- d. h., daß die gesteuerten Lastgleichrichter 11 und duktivität zu durchfließen brauchen und es ergibt 30 12 nacheinander durch die Entladungen des Konsich eine wesentliche bessere Regelung sowie die densators 18 über die Induktivität 19 gesperrt wer-Möglichkeit, die Schaltung mit höheren Frequenzen den, wenn die zugehörigen Kommutierungsgleichzu betreiben. Die Kommutierungsintervalle 13 und richter 13 bzw. 14 leitend gesteuert werden. Wäh-

14 im Leerlaufsfall nach Fig. 6a entsprechen etwa rend jeder Kommutierungsperiode wird dabei eine einer Periode der Frequenz, auf die der Konden- 35 entgegengesetzte Ladung an dem Kondensator 18 sator 18 und die in Reihe liegende Induktivität 19 aufgebaut, wie schon erläutert worden ist. Die abgestimmt sind. Aus der obigen Beschreibung er- Kommutierungsgleichrichter 13' und 14' arbeiten in gibt sich, daß die Induktivtät 19 als Energiespeicher entsprechender Weise mit dem zugehörigen Konarbeitet, welche die Energie aufnimmt, die erforder- sator 18' und der Induktivität 19', um die gesteuerlich ist, um die Kommutierung am Ende eines leiten- 40 ten Lastgleichrichter 11' und 12' während der Komden Zeitraumes durchzuführen und um den Konden- mutierungsintervalle zu sperren. Der Wert des Versator 18 teilweise wieder aufzuladen, so daß diese braucherstroms kann dadurch eingestellt werden, Energie eingespart und bei dem Kommutierungs- daß man die Zeitintervalle während der die Lastvorgang des nächsten Kommutierungsintervalls ver- gleichrichter 11, 12 und 11', 12 leitend sind, in entwendet werden kann. Infolge dieser Arbeitsweise 45 sprechender Weise einstellt. Die Brückenschaltung geht nur wenig Energie bei der Kommutierung ver- nach Fig. 2 bildet also einen Wechselrichter mit loren, und man erhält eine Schaltung, die einen veränderlicher Impulsbreite, der leicht eingestellt Wirkungsgrad in der Größenordnung von 98 °/o, be- werden kann, um eine beliebige Leistung an den zogen auf die Ausnutzung der der Spannungsquelle Verbraucher 29 abzugeben. Außerdem braucht die

15 entzogenen elektrischen Leistung hat. 5° Schaltung nach Fig. 2 keine in der Mitte ange-Eine als Brückenschaltung ausgebildete Wechsel- zapfte Spannungsquelle, was ein weiterer Vorteil ist.

richterschaltung ist in Fig. 2 dargestellt und ent- Eine Wechselrichterschaltung mit in der Mitte halt zwei einphasige Wechselrichter der in F i g. 1 angezapftem Transformator ist in der F i g. 3 dargebeschriebenen Art, die an einen gemeinsamen Ver- stellt. Die Wechselrichterschaltung der Fig. 3 entbraucher angeschlossen sind. Es sind also zwei Grup- 55 hält eine erste Gruppe von zwei parallel geschaltepen von in Reihe geschalteten gesteuerten Last- ten, gesteuerten Gleichrichtern 31 und 32 als Lastgleichrichtern 11, 12 und 11', 12' vorhanden, die an bzw. Kommutierungsgleichrichter, die über einen eine Gleichspannungsquelle 28 angeschlossen sind. ersten Sperrgleichrichter 33 verbunden sind, und Der Verbindungspunkt der Lastgleichrichter in eine zweite spiegelbildlich zur ersten Gruppe angejeder Gruppe ist über Kondensatoren 18, 18' und in 60 ordnete Gruppe von gesteuerten Gleichrichtern 34 Reihe geschaltete Induktivitäten 19, 19' mit dem bis 36 gemäß der Figur. Die beiden Gruppen sind Verbindungspunkt einer Gruppe von in Reihe ge- über einen Kondensator 37 und eine in Reihe damit schalteten gesteuerten Kommutierungsgleichrichtern liegende Induktivität 38 parallelgeschaltet. Die je-13, 14 und 13', 14' geschaltet. Jedem der den Ver- weiligen Lastgleichrichter 31, 35 sind mit ihren braucherstrom führenden Lastgleichrichter 11, 12 65 Anoden an je ein Ende der Primärwicklung 39 eines und 11', 12' ist eine Kommutierungsdiode 21, 22 Transformators 41 angeschlossen, dessen Sekundärbzw. 21', 22' zugeordnet, die mit umgekehrter Po- wicklung 42 mit dem Verbraucher 43 verbunden ist. larität geschaltet ist; ein Verbraucher 29 ist zwischen Die Primärwicklung 39 ist in der Mitte angezapft,

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und dieser Punkt ist mit der positiven Klemme einer terschaltung nach F i g. 4 enthält eine erste Gruppe Gleichspannungsquelle verbunden; die negative von zwei in Reihe geschalteten gesteuerten Last-Klemme der Gleichspannungsquelle ist an die gleichrichtern 51 und 52 und eine zweite Gruppe Kathoden der beiden Gruppen 31, 32 und 34, 35 von zwei in Reihe geschalteten gesteuerten Lastder gesteuerten Gleichrichter angeschlossen. Außer- 5 gleichrichtern 53 und 54. Diese beiden Gruppen von dem liegt eine Kommutierungsdiode 44 antiparallel Lastgleichrichtern sind an eine Gleichspannungszu dem Lastgleichrichter 31 und eine Kommutie- quelle angeschlossen, die die in der Zeichnung angerungsdiode 45 antiparallel zu dem Lastgleichrichter gebenen Vorzeichen aufweist, zusammen mit einer

35. Gruppe von in Reihe geschalteten gesteuerten Kom-Beim Betrieb wird der Wechselrichterschaltung io mutierungsgleichrichtern 55 und 56, die den ge-

nach F i g. 3 ein Signal von einem nicht dargestell- steuerten Gleichrichtern 51 und 52 zugeordnet sind, ten Steuergerät zugeführt, das mit den Steuerelek- sowie mit einer zweiten Gruppe von in Reihe getroden sämtlicher gesteuerter Gleichrichter verbun- schalteten gesteuerten Kommutierungsgleichrichtern den ist, so daß diese in vorbestimmter Reihenfolge 57 und 58, die den beiden Gleichrichtern 53 bzw. 54 leitend gemacht werden. Die Reihenfolge ist so ge- 15 zugeordnet sind. Ein Verbraucher 59 liegt zwischen troffen, daß bei Aussteuerung des Lastgleichrichters dem Verbindungspunkt der beiden Lastgleichrich-31 ein Strom durch die Hälfte der Primärwicklung ter 51 und 52 und dem Verbindungspunkt der zwei 39 und durch den Lastgleichrichter 31 in der ange- Lastgleichrichter 53 und 54. Um einen reaktiven gebenen Richtung fließt. Dieser Strom induziert eine Verbraucher in dieser Wechselrichterschaltung ver-Spannung in der anderen Hälfte der Primärwicklung, 20 wenden zu können, sind Kommutierungsdioden 61, so daß die Speisespannung am Ende der Wicklung 62, 63 und 64 antiparallel zu jedem der Lastgleichetwa verdoppelt wird; dies ist durch das Zeichen + + richter 51 bis 54 geschaltet. Um diesen Brückenangedeutet. Gleichzeitig wird der in der Sekundär- Wechselrichter zu kommutieren, ist ein Kondensator wicklung 42 induzierte Strom an den Verbraucher 65 und eine in Reihe damit geschaltete Induktivität 43 mit einer bestimmten Richtung abgegeben. Dann 25 66 zwischen die Verbindungspunkte der Kommutiewerden, um den Lastgleichrichter 31 abzuschalten, rungsgleichrichter 55, 56 und 57, 58 geschaltet, der gesteuerte Sperrgleichrichter 33 und der Kommu- Diese vier Kommutierungsgleichrichter werden als tierungsgleichrichter 34 gleichzeitig eingeschaltet. erste Kommutierungsgleichrichter bezeichnet und Infolgedessen kann die Ladung, die an dem Konden- eine Gruppe von vier Kommutierungsgleichrichtern sator 37 aufgebaut worden ist, über die Induktivität 30 67 bis 70 wird als zweite Gruppe bezeichnet. Ein 38 und die Kommutierungsdiode 44 umgeladen wer- zweiter gesteuerter Kommutierungsgleichrichter 67 den, so daß ein Potential entgegengesetzter (Polarität liegt mit seiner Kathode zwischen dem Verbindungsan dem Lastgleichrichter 31 auftritt und diesen ab- punkt der Lastgleichrichter 51, 52 und mit seiner schaltet. Während dieses Kommutierungsvorgangs Anode zwischen dem Verbindungspunkt der ersten hält der gesperrte Sperrgleichrichter 36 das Poten- 35 Kommutierungsgleichrichter 55, 56. Ein anderer tential + + der Primärwicklung vom Kommutierungs- zweiter Kommutierungsgleichrichter 68 liegt mit seikreis fern, so daß es den Kommutierungsvorgang ner Anode zwischen dem Verbindungspunkt der nicht stören kann. Während der Kommutierung Lastgleichrichter 53, 54 mit seiner Kathode zwischen wird eine Ladung entgegengesetzter Polarität an dem dem Verbindungspunkt der ersten Kommutierungs-Kondensator 37 durch die Speicherwirkung der In- 40 gleichrichter 55, 56. In ähnlicher Weise sind die duktivität 38 aufgebaut. Wenn dann der gesteuerte übrigen zweiten Kommutierungsgleichrichter 69 und Lastgleichrichter35 eingeschaltet wird, fließt ein 70 gemäß der Fig. 4 angeschlossen. Ein nicht dar-Strom von der Mittelanzapfung über den Lastgleich- gestelltes Steuergerät bestimmt auch hier die Zündrichter 35, so daß die Vorzeichen der in der Schal- folge sämtlicher gesteuerter Gleichrichter in einer tung eingetragenen Potentiale umgekehrt werden und 45 weiter unten beschriebenen Reihenfolge,
infolgedessen auch die Richtung des Stroms, der den Beim Betrieb wird ein Verbraucherstrom dem

Verbraucher 43 spedst. Das Steuergerät schaltet den Verbraucher 59 nur zugeführt, wenn zwei gesteuerte Lastgleichrichter 35 in folgender Weise ab: Der Lastgleichrichter, wie z. B. 51 und 54 oder 52 und Kommutierungsgleichrichter 32 und der Sperrgleich- 53 eingeschaltet sind. Die Zeit, während der diese richter 36 werden gleichzeitig eingeschaltet, so daß 50 paarweise angeordneten, gesteuerten Gleichrichter der Kondensator 37 über die Bauelemente 32, 45, eingeschaltet sind, bestimmt die Größe des dem Ver-

36, 38 umgeladen wird und so den Lastgleichrichter braucher zugeführten Stroms. Die Zündfolge ist so 35 sperrt. Während dieses Vorgangs hält der Sperr- festgelegt, daß z. B. zuerst der Lastgleichrichter 51 gleichrichter 33 das Potential ++, welches jetzt am und dann der Lastgleichrichter 54 eingeschaltet wird, linken Ende der Transformatorwicklung 39 liegt, 55 Der Lastgleichrichter 51 wird später dadurch gevom Kommutierungskreis fern, so daß es die Korn- sperrt, daß die zwei Kommutierungsgleichrichter 67 mutierung des Lastgleichrichters 35 nicht stört. Die und 57 eingeschaltet werden. Hierdurch kann sich in Fig. 3 dargestellte Ausführung des Wechselrich- eine Ladung an dem Kondensator65 über die Inters eignet sich besonders für Gleichspannungsquel- duktivität 66, die Kommutierungsgleichrichter 57, 67 len niedriger Spannung, da an dem Kondensator 37 60 und den Lastgleichrichter 51 bzw. die antiparallel mindestens die doppelte Spannung der Gleichspan- zugeordnete Kommutierungsdiode 61 umladen und nungsquelle entsteht oder verfügbar ist. Außerdem die Spannung an diesem Lastgleichrichter 51 umbraucht bei dieser Schaltung keine in der Mitte an- kehren und ihn dadurch abschalten. Dieser Kommugezapfte Gleichspannungsquelle vorhanden zu sein tierungsvorgang erzeugt also eine Spannung umge- und es werden nur zwei den Verbraucherstrom füh- 65 kehrter Polarität an dem Kondensator 65, so daß er rende gesteuerte Gleichrichter benötigt. später in der Lage ist, den Lastgleichrichter 54 über

Eine weitere Brückenschaltung gemäß der Er- die Kommutierungsgleichrichter 58, 68 zu sperren, findung ist in Fig. 4 dargestellt. Die Wechselrich- Unmittelbar nach der Abschaltung des Gleichrich-

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ters 51 wird jedoch zunächst der Lastgleichrichter drei einphasige Wechselrichterschaltungen der in 52 eingeschaltet, um die Umpolung des Verbrauchers F i g. 1 beschriebenen Art, jedoch ist keine Mittel-59 einzuleiten. Während des Zeitintervalls, innerhalb anzapfung der Gleichspannungsquelle erforderlich, dessen beiden Lastgleichrichter 52 und 54 einge- Die Verbindungspunkte der den Verbraucherstrom schaltet sind, sind die beiden Klemmen des Ver- 5 führenden gesteuerten Lastgleichrichter 11, 12, 11', brauchers 59 mit dem negativen Pol der deich- 12' und 11", 12" sind über den dreiphasigen Verspannungsquelle verbunden, so daß keine Spannung braucher 71, 72 und 73 verbunden. Die eine Phase an dem Verbraucher liegt. Erst dann werden die 71 des Verbrauchers ist zwischen dem Verbindungsbeiden Kommutierungsgleichrichter 58 und 68 ein- punkt der Lastgleichrichter 11 und 12 und dem Vergeschaltet, um den Lastgleichrichter 54 zu sperren. io bindungspunkt der Lastgleichrichter 11', 12' angelnfolge dieser Kommutierung wird der Kondensator schlossen. Die zweite Phase 72 des Verbrauchers liegt 65 erneut umgeladen, so daß er später in der Lage zwischen den Gleichrichter-Verbindungspunkten 11', ist, den Lastgleichrichter 52 zu sperren. Unmittelbar 12' und 11", 12", während die dritte Phase 73 des nach der Sperrung des Gleichrichters 54 wird der Verbrauchers zwischen den Gleichrichter-Verbin-Lastgleichrichter 53 eingeschaltet, so daß der Ver- 15 dungspunkten 11', 12" und 11, 12 liegt. Wenn bei braucher59 jetzt über die Lastgleichrichter53, 52 dieser Schaltung z.B. die Lastgleichrichter 11' und umgepolt betrieben wird. Der gleiche Ablauf wird 12 eingeschaltet werden, fließt ein Verbraucherstrom dann entsprechend fortgesetzt, um den Verbraucher durch die Verbraucherphase 71. Nach Sperrung dienach kurzer Spannungslosigkeit über die Lastgleich- ser Lastgleichrichter und Einschaltung der beiden richter 51 und 54 erneut umzupolen. Auf diese so Gleichrichter 11 und 12' fließt ein Strom entgegen-Weise ergibt sich eine Rechteckspannung an dem gesetzter Polarität durch das gleiche Verbraucher-Verbraucher 59 mit dazwischenliegenden Werten element 71. Ein ähnlicher Vorgang findet in Verbinder Spannung 0. Da nur eine einzige Kommutierungs- dung mit den beiden Verbraucherphasen 72 und 73 schaltung mit einem Kondensator und einer Induk- statt, so daß die drei Phasen des Verbrauchers mit tivität bei der Anordnung der F i g. 4 erforderlich ist, 25 einer Rechteckwechselspannung gespeist werden, ist der Wechselrichter verhältnismäßig klein im Auf- deren Größe von der Zeitperiode abhängt, während bau und die Ladung und Entladung des Konden- der die den Verbraucherstrom führenden gesteuersators 65 wird mit der doppelten Frequenz durch- ten Gleichrichter leitend sind. Um die Lastgleichgeführt wie bei den Kondensatoren 18 bzw. 18' der richter jeweils zu kommutieren, werden die Reihen-Brückenschaltung nach Fig. 2. Die Schaltung der 30 Schwingkreise 18, 19; 18', 19' und 18", 19" in Ver-F i g. 4 kann daher schneller etwaigen Belastungs- bindung mit den Kommutierungsgleichrichtern 13, Schwankungen folgen. 14, 13', 14' und 13", 14" sowie den antiparallel an-Fig. 5 zeigt eine Dreiphasenschaltung eines geordneten Dioden 21, 22, 21', 22' und 21", 22" Brückenwechselrichters gemäß der Erfindung. Der ebenso gesteuert wie in Verbindung mit Fig. 1 be-Dreiphasenwechselrichter nach Fig. 5 verwendet 35 schrieben ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 5. Wechselrichterschaltung nach Anspruch 4, Patentansprüche- gekennzeichnet durch nur einen Reihenschwingkreis (65, 66) und vier zusätzliche zweite Kommutierungsgleichrichter (67 bis 70) zur Gewähr-

1. Wechselrichterschaltung mit mindestens 5 leistung von vier getrennten, niederohmigen zwei gesteuerten Lastgleichrichtern, die eine Last Kommutierungspfaden (Fig. 4).
abwechselnd mit den verschiedenen Polen einer

Gleichspannungsquelle verbinden, wobei den

Lastgleichrichtern jeweils eine Diode unmittelbar

antiparallel zugeordnet ist, mit einer die Last- io
gleichricher mit Hilfe der Dioden abwechselnd
schaltenden Kommutierungseinrichtung, die einen

LC-Reihenschwingkreis und für jeden Lastgleich- Die Erfindung betrifft eine Wechselrichterschalrichter einen gesteuerten Kommutierungsgleich- tung mit mindestens zwei gesteuerten Lastgleichrichrichter aufweist, wobei die Kommutierungs- 15 tern, die eine Last abwechselnd mit den verschiedegleichrichter jeweils über eine niederohmige nen Polen einer Gleichspannungsquelle verbinden, Strecke mit dem Reihenschwingkreis in Reihe wobei den Lastgleichrichtern jeweils eine Diode liegen, und mit einem nach Wahl einstellbarem unmittelbar antiparallel zugeordnet ist, mit einer die Steuergerät für alle gesteuerten Gleichrichter, Lastgleichrichter mit Hilfe der Dioden abwechselnd dadurch gekennzeichnet, daß alle ge- 20 schaltenden Kommutierungseinrichtung, die einen steuerten Gleichrichter der Schaltung Thyristo- LC-Reihenschwingkreis und für jeden Lastgleichren sind und daß das nicht mit dem Reihen- richter einen gesteuerten Kommutierungsgleichrichschwingkreis (18,19) verbundene Ende jedes ter aufweist, wobei die Kommutierungsgleichrichter der Kommutierungsgleichrichter (13, 14) über jeweils über eine niederohmige Strecke mit dem eine niederohmige Strecke mit dem zugehörigen 25 Reihenschwingkreis in Reihe liegen, und mit einem Lastgleichrichter (11, 12) und der zugehörigen nach Wahl einstellbaren Steuergerät für alle gesteuer-Diode (21, 22) so verbunden ist, daß die Energie ten Gleichrichter.

des Reihenschwingkreises bei der Kommutierung Durch die deutsche Patentschrift 665 071 jeweils auf einem niederohmigen, den angesteuer- (A b b. 3) ist eine Wechselrichterschaltung der einten Kommutierungsgleichrichter und die züge- 30 gangs erwähnten Art mit Gasentladungsröhren als hörigen Diode enthaltenden, von der Last (17) Lastgleichrichtern bekannt, bei der die Lastgleichoder der Gleichspannizngsquelle (15) freien Korn- richter an die Primärwicklung eines Umformers anmutierungspfad umschwingt (Fig. 1 und 2). geschlossen sind. Die Wechselrichterschaltung wird

2. Wechselrichterschaltung nach Anspruch 1, über eine Mittelanzapfung der Primärwicklung sowie dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspan- 35 über die Verbindungsstelle zwischen den beiden nungsquelle (15) an den in Reihe geschalteten Lastgleichrichtern und einer Gleichspannungsquelle Lastgleichrichtern (11, 12) liegt und daß die Last gespeist. Die Last ist an die Sekundärwicklung des (17) einerseits an einen Mittelpunkt (16) der Umformers angeschlossen. Parallel zur Last ist die Gleichspannungsquelle und andererseits an den Kommutierungseinrichtung mit der Reihenschaltung Verbindungspunkt (25) der Lastgleichrichter an- 40 aus Kapazität, Induktivität und Kommutierungsgeschlossen ist (F i g. 1). gleichrichtern vorgesehen. Bei dieser Schaltung wird

3. Wechselrichterschaltung nach Anspruch 1 ein Lastgleichrichter dadurch kommutiert, daß der unter Verwendung eines Ausgangstransformators, zugehörige Kommutierungsgleichrichter angesteuert an dessen Sekundärwicklung ein Verbraucher an- wird. Durch die Ansteuerung fließt ein Strom durch geschlossen ist und dessen Primärwicklung einen 45 den Reihenschwingkreis der Kommutierungsanord-Mittelabgriff zur Verbindung mit einem Pol der nung, der sich dann dadurch aufteilt, daß ein Teil Gleichspannungsquelle aufweist und mit je einem durch die Last und der andere Teil durch die Sekun-Ende an der Anode je eines Lastgleichrichters därwicklung des Umformers fließt. Dieser durch die angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Sekundärwicklung des Umformers fließende Strom der jeweilige Kommutierungspfad zusätzlich je 50 erzeugt in der Primärwicklung zur Erhaltung des einen gesteuerten Sperrgleichrichter (33 bzw. 36) Amperegleichgewichts einen weiteren Strom, der die aufweist, die je über eine niederohmige Strecke zu dem betreffenden Kommutierungsgleichrichter gekathodenseitig zugleich mit der Kommutierungs- hörende Diode leitend macht, wodurch die Spankapazität bzw. -induktivität (37 bzw. 38) und der nung an dem zugehörigen Lastgleichrichter zusam-Anode eines Kommutierungsgleichrichters (32 55 menbricht und dieser Gleichrichter kommutiert. An- bzw. 34) und anodenseitig mit den entsprechen- schließend wird der andere Lastgleichrichter leitend den Enden der Primärwicklung verbunden sind gemacht. Der zur Kommutierung dienende Strom, und je gleichzeitig mit dem nicht benachbarten der durch die Primärwicklung des Umformers und Kommutierungsgleichrichter angesteuert werden die Diode fließt, muß auch über die Gleichspan-(Fig. 3). 60 nungsquelle fließen. Die Spannung der Gleichspan-

4. Wechselrichterschaltung nach einem der nungsquelle versucht jedoch den auf Grund der Kon-Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch we- densatorentladung gebildeten Strom zu unterdrüknigstens zwei einander entsprechende, je zwei ken. Der durch die Primärwicklung der Schaltung Lastgleichrichter enthaltende Schaltungen pa- fließende Kommutierungsstrom muß die Gegenspanrallel zur Gleichspannungsquelle, wobei die Last 65 nung der Gleichspannungsquelle überwinden, was (29, 59, 71 oder 72) zwischen den Verbindungs- mit Verlusten verbunden ist. Zwar ist in der gepunkten der Lastgleichrichter der beiden Schal- nannten Entgegenhaltung auch noch davon die Rede, tungen angeschlossen ist (F i g. 2, 4). daß der Schwingkreis auch unmittelbar statt trans-