DE1488120B2 - Ruhender wechselrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen ruhenden Wechselrichter mit paarweise in Reihe geschalteten gesteuerten Halbleiterventilen und Drosselspulen, bei dem zwischen dem die Wechselstromausgangsleitung bildenden Verbindungspunkt der Drosselspulen und den die Gleichspannungseingangsleitungen bildenden Anschlüssen der Halbleiterventile jeweils ein Kondensator und eine Diode als Rückschluß, für das jeweils gezündete Ventil und die zugehörige Drosselspule' parallel geschaltet sind und bei dem zwischen den Verbindungspunkten der Drosselspulen und der Diöden ein Übertrager angekoppelt ist; der die- in der jeweiligen Drosselspule gespeicherte Energie mindestens teilweise über an der Sekundärseite des Übertragers angeschlossene Dioden in das Gleichspannungsnetz zurückspeist. ...■:.- .'■./>.. .:■".■ , !■■''

Eine derartige Schaltung für ruhende Wechselrichter ist bekannt (ASEA-Broschüre 8056 T »Wechselrichter mit Thyristoren für Wechselstromversorgung«, April 1963). Es ist ferner bei einem ruhenden Umformer bekannt (deutsche Patentschrift 657 384), einen Zwischentransformator zur Erzeugung von Kommutierungsspannungen zu verwenden, dessen Primärwicklungen in Reihe mit den gesteuerten Ventilen des Stromrichters und dessen Sekundärwicklung in Reihe mit den Dioden eines Hilfsstromrichters aiii einem Belastungswiderstand angeschlossen sind: Um die Verluste in diesem Widerstand zu vermeiden, kann auch eine Rückspeisung in das Gleichstromnetz erfolgen. Hierbei handelt es sich aber nicht um die Rückführung der von Kommutierungskondensatoren herrührenden und in den Kommutierungsdrosseln gespeicherten Energie zum Gleichstromnetz. Ferner ist es auch bekannt (USA.-Patentschrift 2 009 834), die Kommutierungsspannungen dadurch zu dämpfen, daß mit den Drosselspulen zweier Ventile je eine Sekundärwicklung magnetisch gekoppelt ist, deren Enden über einen Widerstand und eine Diode miteinander verbunden sind. Bei dieser Schaltung ist eine Energierückspeisung in das Gleichstromnetz nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei einem Wechselrichter der eingangs geschilderten Art die Rückspeisung von Kommutierungsenergie in das Gleichstromnetz zu verbessern, und das Auftreten einer Spitzensperrspannung im Rückspeisekreis zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß induktiv mit den Drosselspulen gekoppelte Wicklungen vorgesehen sind, die jeweils in Reihe mit einer Diode sowie einen parallel zur Reihenschaltung von Wicklung und Diode liegenden Kondensator an die Gleichspannungseingangsleitungen angeschlossen sind. Somit erfolgt zunächst eine Rückspeisung von Kommutierungsenergie über die zusätzlich mit den Drosselspulen gekoppelten Wicklungen, wobei die an diesen Wicklungen auftretenden Spannungen und damit die Sperrspannungen für "die Dioden verhältnismäßig gering sind. Die Schaltung läßt sich somit in einfacher Weise aufbauen und ist betriebssicher. Im normalen Betrieb braucht eine Zurückspeisung von Energie über den zwischen die Verbindungspunkte der Drosselspule und der Dioden geschalteten¹ Übertrager nicht zu erfolgen. Bereiner induktiven, an den Wechselrichter angeschlossenen Last kann jedoch die Kommütierungsspannüng so groß werden, daß auch der Übertrager Energie"" in" das" Gleichstromnetz zurückspeist, nachdem bereits λ die Rückspeisung von Energie über die mit "den Drosselspulen induktiv gekoppelten Wicklungen erfolgt, um ein sofortiges Sperren der Halbleiterventile zu erzielen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung-näher erläutert-, in der ein Schaltschema eines dreiphasigen Wechselrichters dargestellt ist. ■" ·-.._.■- ■■-"■■ ->

Die Schaltungselemente, der Phasen 20 A, 20 B und 20¹C sind jeweils mit gleichen'Bezugszeichen-versehen, wobei jedoch den Schaltelementen der Phase 20 B eine Eins und den Schaltelementen der Phase 20 C eine Zwei vorgesetzt ist; Die Gleichspannungseingangsleitungen 32, 38 sind über Klemmen 21 und 22 an ein Gleichstromnetz angeschlossen, während die drei Phasen der Drehstromausgangsleitungen mit 26,126 und 226 bezeichnet sind.

In der Phase 20^4 sind die mit Steuerelektroden 29 g und 36 g versehenen gesteuerten Halbleiterventile 29 und 36 an die Gleichspannungsleitungen 32, 38, sowie über Drosselspulen 30 xind~35~an-dieWechselstromausgangsleitung 26 angeschlossen. Parallel zu diesen Reihenschaltungen von gesteuerten Halbleiterventilen und Drosselspulen liegt je ein Kondensator 31 und 34 bzw. eine Diode 33 und 37. Zwischen dem Verbindungspunkt der Dioden .33, 37 und der Drosseln 30, 35 ist eine Primärwicklung 52 eines Übertragers 51 vorgesehen, dessen Sekundärwicklung 53 mittig geerdet ist, während die Enden der Sekundärwicklung über Dioden 54 und 55 an die Gleichspannungseingangsleitung 32 angeschlossen ist. Der Übertrager 51 mit den Dioden 54, 55 stellt eine Schaltung 50 zur Rückspeisung von Kommutierungsenergie dar. Der Aufbau der bisher erläuterten Schaltung sowie deren Wirkungsweise ist bekannt. Die gesteuerten Halb-

leiterventile 29 und 36 werden durch beispielsweise von einem Impulsgenerator erzeugte Rechteckimpulse gezündet. Der Übertrager 51 ist so ausgelegt, daß ein beträchtlicher Teil der Kommutierungsenergie in das Gleichstromnetz zurückgespeist wird, so daß der Wirkungsgrad erhöht und die Erwärmung der Halbleiterventile 29 und 36 verringert ist. Bei dem Spannungswert, der an der Sekundärwicklung 53 des Übertragers 51 auftreten muß, um das Einsetzen der Rückspeisung zu erzielen, tritt jedoch ein erneuter Umlauf von Kommutierungsenergie auf, der zwar gering ist, jedoch nach Möglichkeit vermieden werden sollte.

Es ist eine weitere Schaltungsanordnung zur Rückspeisung von Kommutierungsenergie vorgesehen, bei der mit den Drosselspulen 30 und 35 zusätzliche Wicklungen 44 und 47 magnetisch gekoppelt sind. Für die Wicklungen und die Drosselspulen ist also ein gemeinsamer Kern vorgesehen. Die Enden jeder Wicklung 44, 47 (Phase 20A), 144, 147 (Phase 20 B) und 244, 247 (Phase 20 C) sind jeweils über eine Diode 45, 48, 145, 148, 245, 248 an einen Kondensator 46, 49, 146, 149, 246 und 249 angeschlossen; alle Kondensatoren sind in Reihe geschaltet und sind zwischen die Gleichspannungseingangsleitungen 32 und 38 angeschlossen. Diese Schaltungsanordnung zur Rückspeisung von Kommutierungsenergie ist mit 43 bezeichnet.

Das Windungsverhältnis der Drosselspulen 30, 35 und der Wicklungen 44, 47 ist so gewählt, daß in der Schaltung 43 die Rückspeisung von Energie bei einer geringeren Spannung einsetzt als in der Schaltung 50. Die Schaltungen bzw. Wicklungen 44, 47 sind so ausgelegt, daß der Einsatzpunkt zum Rückspeisen der Energie unterschiedlich hoch ist; dies wird von der Höhe der Eingangsspannung und anderen Gesichtspunkten abhängen. Die Sperrspannungen, für die die Dioden 45 und 48 ausgelegt sind, können auf diese Weise verringert werden. Auch wird die Rückspeisung von Energie aus den Drosselspulen 30 und 35 an das Gleichstromnetz in einem kürzeren Zeitraum bewerkstelligt.

Würde man auf die Schaltung 50 verzichten und an Stelle der mit den Drosselspulen 30 und 35 gekoppelten Wicklungen 44 und 47 der Schaltung 43 nur eine einzige Wicklung vorsehen, die mit der Drosselspule 30 induktiv gekoppelt ist, so müßte die Diode in dieser Schaltung zur Rückspeisung ein sehr hohes Sperrspannungsverhältnis aufweisen. Dieses könnte verringert werden, wenn mehrere Dioden in Reihe geschaltet werden, doch ist es dabei schwierig, an den Dioden

ίο eine Gleichspannungsverteilung zu erhalten. Im Hinblick hierauf ist die erfindungsgemäße Schaltungsmaßnahme besonders vorteilhaft, bei der die Drosselspulen 30 und 35 in jeder Phase mit zwei Wicklungen versehen sind und die Kondensatoren aller Phasen in Reihe geschaltet und an die Gleichspannungseingangsleitungen 32 und 38 angeschlossen sind. Diese Schaltungsanordnung sorgt für eine gleiche Verteilung der rückgespeisten Energie und verringert die Spitzensperrspannung, die an jeder Diode auftritt.

Da bei der in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung die Spannung an der Primärwicklung 52 des Übertragers 51, bei der die Rückspeisung einsetzt, größer ist als die entsprechende Spannung an den Drosselspulen 30 und 35, findet in der Schaltungsanordnung 50 während des normalen Betriebes keine Rückspeisung statt, da die Rückspeisung zunächst in der Schaltungsanordnung 43 erfolgt. Bei einer Last jedoch, die reaktanzbehaftet ist, kann der Fall eintreten, daß der Stromfluß so aufrechterhalten bleibt, daß auch die Einsatzspannung an der Primärwicklung 52 erreicht wird und Energie über die Schaltungsanordnung 50 zurückgespeist wird. Dieser Vorgang kann auch in den anderen Phasen 20 B und 20 C auftreten. Wird jedoch eine solche Einsatzspannung an der Primärwicklung 52 erreicht, so hat auch eine der beiden Drosselspulen 30 und 35 eine solche Spannung erreicht, daß Energie rückgespeist wird, so daß das entsprechende Halbleiterventil 29, 36 unmittelbar gesperrt wird und ein Weiterfließen des Stromes durch das im Durchlaßzustand befindliche gesteuerte Halbleiterventil und die parallel zu ihm liegende Diode verhindert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   Ruhender Wechselrichter mit paarweise in Reihe geschalteten gesteuerten Halbleiterventilen und Drosselspulen, bei dem zwischen dem die Wechselstromausgangsleitung bildenden Verbindungspunkt der Drosselspulen und den die Gleichspannungseingangsleitungen bildenden Anschlüssen der Halbleiterventile jeweils ein Kondensator und eine Diode als Rückschluß für das jeweils gezündete Ventil und die zugehörige Drosselspule parallel geschaltet sind und bei dem zwischen den Verbindungspunkten der Drosselspulen und der Dioden ein Übertrager angekoppelt ist, der die in der jeweiligen Drosselspule gespeicherte Energie mindestens teilweise über an der Sekundärseite des Übertragers angeschlossene Dioden in das Gleichspannungsnetz .zurückspeist, dadurch gekennzeichnet, daß induktiv mit den Drosselspulen (30, 35; 130,135; 230,235) gekoppelte Wicklungen (44, 47; 144, 147; 244, 247) vorgesehen sind, die jeweils in Reihe mit einer Diode (45 bzw. 48, 145 bzw. 148, 245 bzw. 248) sowie einen parallel zur Reihenschaltung von Wicklung (z. B. 44) und Diode (z. B. 45) liegenden Kondensator (46; 49; 146; 149; 246; 249) an die Gleichspannungseingangsleitungen (32, 38). angeschlossen sind.

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