DE1513209A1 - Einrichtung zur Erzeugung einer sinusfoermigen Wechselspannung konstanter Amplitude mittels eines statischen Resonanzkreis-Wechselrichters - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Erzeugung einer sinusförmigen Wechselspannung konstanter Amplitude mittels.eines statischen Resonanzkreis-Wechselrichters Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung einer sinusförmigen Wechselspannung konstanter Amplitude aus einer Gleichspannungsquelle mittels eines statischen, aus Thyristoren und Dioden sowie Drosselspule und Kondensator gebildeten Resonanzkreis-Wechselrichters durch Energiezufuhr während eines stetig einstellbaren Abschnittes der Wechselspannungs-Periode, bei der nach jedem Strom-Nulldurchgang der Resonanzkreis-Schwingung diese zunächst ohne Energiezufuhr aus der Gleichspannungsquelle weiterschwingt, bis nach einer von der Belastung abhängigen einstellbaren Verzögerungszeit die-Gleio#''3spannungsquelle zur Energieeinspeisung in den Resonanzkreis eingeschaltet wird.
• Bei bekannten Einrichtungen dieser Art (vgl."BBC-Nachrichten", 1964, insbesondere Seiten 639 bis 641) weist der Resonanzkreis-Wechselrichter eine aus 4 Thyristoren und 4 ungesteuerten Dioden gebildete Wechselrichterbrücke auf. Dabei führen .in dem Zeitraum, der beginnt, wenn der Schwingkreis-Strom den Wert Null hat, und der endet, wenn der Schwingkreis-Strom (durch die Dioden) wieder den Wert Null erreicht, die zwei den bisher gezündeten Thyristoren antiparallel geschalteten ungesteuerten Dioden den Laststrom, der, da in diesem Zeitraum eine Umkehr der Energieflußrichtung eintritt, in den die Gleichspannungsquelle enthaltenden Stromkreis zurückfließt-.---Dieser Rückstrom zur Gleichspannungsquelle bewirkt aber eine gewisse Welligkeit der speisenden Gleichspannung, die sich bei der Verwendung der erzeugten Wechselspannung in empfindlichen Geräten störend auswirkt. Dieser Nachteil der bekannten Einrichtung wird nun gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß der Resonanzkrefs-Wechselrichter eine aus 4 Thyristoren und nur 2 Dioden gebildete Wechselrichterbrücke aufweist, bei der jede der beiden Dioden antiparallel zu einem der beiden mit entgegengesetzter Polari-tät in Reihe liegenden Thyristoren der Wechselrichterbrücke .geschaltet ist. Der in dem vorgenannten Zeitraum auftretende, in seiner Energieflußrichtung umgekehrte Laststrom verläuft dadurch nicht mehr über den die Gleichspannungsquelle enthaltenden Stromkreis, sondern über denjenigen Thyristor, der je nach der Polarität der Ladung des Kondensators nach einem Strom-Nulldurchgang gezündet wird und das Weiterschwingen der Wechselspannung dadurch ermöglicht, daß er die Schwingung über sich und die der Polarität nach zugehörige Diode aufrechterhält. Nach Ablauf einer einstellbaren Verzögerungszeit wird dann schließlich derjenige Thyristor gezündet, der den Strom der genannten Diode übernimmt und die Gleichspannungsquelle zur Energielieferung wieder in den Resonanzkreis einschaltet. Es wurden also gegenüber dem Bekannten zwei ungesteuerte Dioden weggelassen, um den gewünschten Erfolg zu erreichen. Diese beiden Dioden sind jedoch nicht beliebig wählbar= es müssen vielmehr diejenigen angeschaltet bleiben, von denen jede antiparallel zu einem der beiden mit entgegengesetzter Polarität in Reihe liegenden Thyristoren der Wechselrichterbrüdke geschaltet ist. Zwei Ausführungsbeispiele sollen den Erfindungsgedanken näher erläutern: In F#.1 bezeichnet 1 den Kondensator, an dessen Klemmen im eingeschwungenen Zustand eine sinusförmige Wechselspannung mit geringem Klirrfaktor als Wechselrichter-Ausgangsspannung für die Last 5 abgenommen werden kann. Aus einer Spannungsquelle 4 wird eine aus 4 Thyristoren 6, 7, 8, 9 gebildete Gleichrichter-Brückenschaltung betrieben, Antiparallel zu den Thyristoren 8 und 9, jedoch nur zu diesen beiden, sind die ungesteuerten Dioden 1o und 11 geschaltet. Die gesteuerte Zufuhr elektrischer Energie von der Spannungsquelle 4 über den aus dem Kondensator 1 und der Drosselspule 12 gebildeten Reihenresonanzkreis an den Verbraucher (Last 5) erfolgt entsprechend der sich ändernden Belastung nicht während der vollen Periode einer Schwingung des Wechselstromes, sondern die speisende Gleichspannungsquelle wird - wie bei der eingangs genannten bekannten Einrichtung - nach jedem Strom-Nulldurchgang.der Resonanzkreisschwingung zeitlich verzögert zugeschaltet, so daß am Kondensator stets eine konstante Wechselspannungs-Amplitude aufrechterhalten bleibt.
• Die Vorgänge sind dabei im einzelnen wie folgt: Im eingeschwungenen Zustand wird nach Beendigung einer z.B. negativen Halbperiode der Wechselspannung das Stromtor 9 gezündet. Über die Diode 11 ist der aus der Drossel 12, dem Kondensator 1 mit parallelliegender Last 5 und dem Stromtor 9 bestehende Stromkreis geschlossen. Ein Umschwingen des Resonanzkreises ist damit möglich. Nach einer ein-stellbaren Verzögerungezeit wird das Stromtor 6 gezündet, das den durch die Diode il fließenden Strom übernimmt und die Energiequelle 4 in den Stromkreis reit einschaltet. Wird die Amplitude der Wechselrichter-Ausgangsspannung an dem Kondensator 1 mit eines Spannungs-Sollwert verglichen, so liefert dieser Vergleich eine Steilgröße, die es gestattet, die Ver-zögerungszeit für das Einschalten der Batterie zu verstellen und die Wechselrichter-Ausgangsspannung auf einen belastungsunabhängigen konstanten Wert zu regeln. gesteht die an den Wechselrichter angeschlossene Last nicht aus einem Wirkleistungsverbraucher, sondern besitzt induktive oder kapazitive Blindkomponenten, so bewirken diese Blindkomponenten eine Verstimmung des Resonanzkreises und-damit eine Änderung der Wechselrichter-Frequenz. Eine Kompensation dieser durch die Be-Aastung hervorgerufenen Frequenzänderung ist durch eine ent-sprechende Änderung der Werte des Kondensators 1 und der Drossel 12 möglich, bereitet jedoch Schwierigkeiten, da für Anwendungen in der Starkstromtechnik keine stetig einstellbaren Induktivitäten oder Kapazitäten bekannt sind. Eine quasi-kontinuierliche Einstellung ist jedoch möglich, wenn man innerhalb eines Teiles der Wechselspannungsperiode eine feste Zusatz-Induktivität oder -Kapazität den vorhandenen Elementen zuordnet und die Einschaltdauer dieser Zusatzelemente variiert. Damit setzt sich die Periodendauer der gewünschten Wechselrichter-Frequenz aus zwei Abschnitten unterschiedlicher Frequenz zusammen. Die Frequenz des einen Abschnittes der Periode wird durch die Resonanzfrequenz bestimmt, die sich mit der Drossel 12, dem Kondensator 1 und dem Blindanteil der Last 5 ergibt.
• Die Resonanzfrequenz des zweiten Abschnittes wird bestimmt durch die Drossel 12 mit einer parallelgeschalteten Zusatzinduktivität, dem Kondensator 1 und dem Blindanteil der. Last 5.
• Das Parallelschalten einer Zusatz-Kapazität zum Kondensator 1 ist nicht zweckmäßig, da im Einschaltaugenblick große Ausgleichs-Äyorgänge stattfinden, die sprungartige Änderungen in der Ausgangs- spannung hervorrufen und den Klirrfaktor stark vergrößern. Geeigneter ist dagegen das Parallel- oder auch In-Reihe-Schalten einer Zusatzinduktivität, da hierbei der Strom im Resonanzkreis entsprechend der Zeitkonstanten der Zusatzinduktivität nicht sprungartig ansteigt und sich diese geringe Stromänderung in der Ausgangsspannung nur noch wenig bemerkbar macht.
• In Fig.2 ist parallel zu der Drossel 12 über die Stromtore 14 und 15 die Zusatzinduktivität 13 geschaltet,, die zur Kompensation des Blindanteiles der Last mehr oder weniger lange innerhalb einer Periode der Wechselrichter-Schwingung eingeschaltet bleibt. Dabei wird der Einschaltaugenblick variiert, das Löschen der Stromtore geschieht selbsttätig bei ihrem Stromnulldurchgang. Damit eine Beeinflussung während der positiven und negativen Halbperiode der Wechselrichter-Schwingung möglich ist, werden außerdem noch zwei antiparallelgeschaltete Stromtore vorgesehen. Ein Vergleich der Frequenz der Wechselrichter-Ausgangsspannung mit einem Frequenzsollwert liefert bei Frequenzabweichung eine Stellgröße, die zur Regelung des Wechselrichters auf eine vorge- gebene konstante Frequenz verwendet wird.

Claims (3)

1. Patentansprüche- I._Einrichtung zur Erzeugung einer sinusförmigen Wechselspannung konstanter Amplitude aus einer Gleichspannungsquelle mittels eines statischen, aus Thyristoren und Dioden sowie Drosselspule und Kondensator gebildeten Resonanzkreis-Wechselrichters durch Energiezufuhr während eines stetig einstellbaren Abschnittes der Wechselspannungs-Periode, bei der nach jedem Strom-Nulldurchgang der Resonanzkreis-Schwingung diese zunächst ohne Energiezufuhr aus der Gleich-spannungsquelle weiterschwingt, bis nach einer von der Belastung abhängigen einstellbaren Verzögerungszeit die Gleichspannungsquelle zur Energieeinspeisung in den Resonanzkreis eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis-Wechselrichter eine aus 4 Thyristoren (6 bis 9) und nur 2 Dioden (1o,11) gebildete Wechselrichterbrücke aufweist, bei der jede der beiden Dioden (z.B.lo) antiparallel zu einem (9) der beiden mit entgegengesetzter Polarität in Reihe liegenden Thyristoren (8, 9) der Wechselrichterbrücke geschaltet ist.
2. 2. Einrichtung nach Patentanspruch 1,-dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristoren (6 bis 9) derart gesteuert werden, daß derjenige Thyristor (z.B.8), der ja nach der Polarität der Ladung des Kondensator (1) nach einem Strom-Nulldurchgang gezündet wird, das Weiterschwingen der Wechselspannung dadurch ermöglicht, daß er die Schwingung über sich und die der Polarität nach zugehörige Diode (1o) aufrechterhält, während nach Ablauf der einstellbaren Verzögerungszeit derjenige Thyristor (7) gezündet wird, der den Strom von der Diode (1o) übernimmt und die Gleichspannungsquelle (4) zur Energielieferung in den Resonanzkreis einschaltet.
3. 3. Einrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der im Resonanskreie liegenden Induktivität (12) die Reihenschaltung einer zusätz- lichen Induktivität (13) und zweier antiparallel geschalteter Thyristoren (14, 15) vorgesehen ist.