DE1513736C3 - Inverter - Google Patents

Inverter

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DE1513736C3
DE1513736C3 DE19661513736 DE1513736A DE1513736C3 DE 1513736 C3 DE1513736 C3 DE 1513736C3 DE 19661513736 DE19661513736 DE 19661513736 DE 1513736 A DE1513736 A DE 1513736A DE 1513736 C3 DE1513736 C3 DE 1513736C3
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DE19661513736
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George H. Mount Prospect 111. Studtmann (V.St.A.)
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Borg Warner Corp
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Borg Warner Corp
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Description

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Primärentwicklung des Energierückführtransforma- F i g. 9 ein Schaltbild eines vierten Ausführungstors in einen Strompfad legen soll, der gemeinsam beispiels eines Wechselrichters nach der Erfindung,
dem Rückfluß von Energie sowohl aus der Umschalt- Die in F i g. 1 gezeigte bekannte Schaltung entdrossel als auch aus der Last dient. Gerade diese all- spricht einer Phase eines Dreiphasenwechselrichters gemeine Anweisung läßt es fernliegend erscheinen, 5 oder einem einphasigen Wechselrichter. Gleichstromin den Rückführungsstrompfad Schaltelemente aus energie wird von einer Batterie oder einer anderen der anderen Hälfte der Schaltung einzubeziehen, die Gleichstromquelle mit der angegebenen Polarität über an sich nicht von den Rückströmen in der betrachte- Eingangsleitungen 20 und 21 der Schaltung zugeführt, ten einen Hälfte der Schaltung durchflossen werden. Durch das abwechselnde Leitendwerden von gesteuer-
Primary development of the energy return transforma- F i g. 9 is to place a circuit diagram of a fourth embodiment gate in a current path, which together is an example of an inverter according to the invention,
the reflux of energy from both the switching die in FIG. 1 known circuit shown dethrottling as well as from the load is used. It is precisely this general instruction, which is common to a phase of a three-phase inverter, that makes it seem remote, 5 or a single-phase inverter. Direct current in the return current path Switching elements from energy is supplied from a battery or another of the other half of the circuit, the direct current source with the specified polarity via per se not supplied by the return currents in the input lines 20 and 21 of the circuit, th one half of the circuit are flowed through. Due to the alternating leadership of controlled

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen konnten na- io ten Halbleiter-Schaltelementen 22 und 23 wird in turgemäß auch nicht durch andere bekannte Wechsel- einem durch eine Ausgangsleitung 24 angedeuteten richter nahegelegt werden, bei denen überhaupt keine Ausgangskreis Wechselstromenergie erzeugt. Jedes Rückführung von Umschaltenergie stattfindet. So ist der gesteuerten Halbleiter-Schaltelemente 22, 23 ist es beispielsweise bekannt (französische Patentschrift als gesteuerter Siliziumgleichrichter dargestellt, mit 1 358 647, AEG-Mitteilungen 54 [1964], Nr. 1/2, 15 einer Anode 22 α bzw. 23 a, einer Kathode 22 c bzw. Seiten 89 bis 96), den gesteuerten Halbleiter-Schalt- 23 c und einer Steuerelektrode 22 g bzw. 23 g. An elementen antiparallel geschaltete Dioden zuzuschal- die mit den Steuerelektroden 22 g und 23 g verbündeten, die die gesteuerten Halbleiterelemente gegen nen Leiter 25 und 26 werden wie üblich die in hier unzulässig hohe Umschalt-Überspannungen schützen nicht näher dargestellten Steuerstromkreisen erzeug- und einen Rückfluß von Energie von der Last zur 20 ten Steuersignale angelegt. Der gezeigte Wechselrichter Gleichspannungsquelle ermöglichen, und zwar je nach weist zwei getrennte Wicklungen 27 und 28 auf, die der gewählten Schaltung auch über die jeweils un- zusammen eine Umschaltdrossel 30 bilden. Diese beibenutzte Hälfte der Umschaltdrossel; dies stellt aber den Wicklungen sind zwischen der Kathode 22 c des dort keinen besonderen Vorteil dar und ergibt sich gesteuerten Halbleiter-Schaltelements 22 im oberen als in Kauf genommene Folge der Tatsache, daß im 25 Stromkreis des Wechselrichters und der Anode 23 a Sinne des angestrebten Schutzes der gesteuerten Halb- des gesteuerten Halbleiter-Schaltelements 23 im unleiterschalter gegen Überspannung die Dioden jeweils teren Stromkreis des Wechselrichters eingeschaltet, direkt an das zu schützende gesteuerte Halbleiter- Die beiden Wicklungen 27 und 28 der Umschalt-Schaltelement angelegt sind. drossel 30 sind über einen gemeinsamen Kern magne-The measures according to the invention could not normally be suggested to a converter indicated by an output line 24, in which no output circuit generates alternating current energy at all. Every recirculation of switching energy takes place. For example, the controlled semiconductor switching elements 22, 23 are known (French patent specification shown as a controlled silicon rectifier, with 1 358 647, AEG-Mitteilungen 54 [1964], No. 1/2, 15 of an anode 22 α or 23 a , a cathode 22 c or pages 89 to 96), the controlled semiconductor switching 23 c and a control electrode 22 g or 23 g. Of elements in antiparallel zuzuschal- diodes connected with the control electrodes 22 g and g allied 23, the controlled semiconductor elements against NEN conductors 25 and 26 are, as usual, inadmissibly high in here switching overvoltage protection control circuits not shown in detail erzeug- and a reflux of Energy from the load applied to the 20th control signals. The inverter shown enables a DC voltage source, and depending on the case, has two separate windings 27 and 28, which, in the selected circuit, also form a switching inductor 30 via each of them together. This used half of the switching throttle; But this represents the windings are between the cathode 22 c of there is no particular advantage and there is controlled semiconductor switching element 22 in the upper as an accepted consequence of the fact that in the 25 circuit of the inverter and the anode 23 a sense of the protection sought the controlled half of the controlled semiconductor switching element 23 in the insulated switch against overvoltage, the diodes each lower circuit of the inverter switched on, directly to the controlled semiconductor to be protected The two windings 27 and 28 of the switching element are applied. throttle 30 are magnetized via a common core

Auch die Tatsache, daß bei anderen bekannten 30 tisch miteinander gekoppelt. Weiter sind zwei Kom-Wechselrichtern (französische Patentschrift 1 364 848) mutierungskondensatoren 31 und 32 vorgesehen, die zusätzliche Drosselspulen in Reihe mit den Rück- zwischen die Leiter 20 bzw. 21 und die durch den Stromdioden vorgesehen sein können, kann die vor- gemeinsamen Anschluß der Wicklungen 27, 28 geliegende Erfindung nicht nahelegen; denn die Ein- bildeten Mitte der Umschaltdrossel 30 geschaltet sind, fügung dieser zusätzlichen Drosselspulen steht in 35 Diese Kondensatoren haben die Aufgabe, beim Leikeinerlei Beziehung mit dem Problem einer Energie- tendwerden eines der Halbleiter-Schaltelemente rücklieferung aus der Umschaltdrossel, — vielmehr schnell Energie an die Last und in die angeschlossollen diese zusätzlichen Drosselspulen lediglich den sene Wicklung (27 oder 28) abzugeben. Hierzu kön-Zweck haben, eine gewisse Restinduktivität im nen auch andere Mittel, z. B. das Einschalten einer Kreis auch dann noch beizubehalten, wenn eine 40 Hilfsenergiequelle geeigneter Polarität, dienen. Weiim Kreis liegende selbstsättigende Drosselspule den ter sind, wie üblich, Dioden 33 und 34 als Rück-Sättigungszustand erreicht hat. Ein Zusammenhang Stromdioden vorgesehen, die in Reihe zwischen die mit den Problemen, mit denen sich die vorliegende Eingangsleitungen 20 und 21 geschaltet und an ihrem Erfindung beschäftigt, besteht also nicht. gemeinsamen Anschluß mit der Mitte der Umschalt-Also the fact that in other known 30 tables are coupled together. Next are two COM inverters (French patent 1 364 848) mutating capacitors 31 and 32 provided, the additional inductors in series with the back between the conductors 20 and 21 and the through the Current diodes can be provided, the pre-common connection of the windings 27, 28 can be located Do not suggest invention; because the imagined middle of the switching throttle 30 are switched, The addition of these additional choke coils is in 35 These capacitors have the task of keeping things simple Relationship with the problem of energy tendency of one of the semiconductor switching elements return delivery from the switching throttle - rather, energy quickly to the load and to the connected one these additional choke coils only deliver the separate winding (27 or 28). For this purpose, can have a certain residual inductance in the NEN also other means, z. B. turning on a Circuit should be retained even if an auxiliary power source of suitable polarity is used. Weiim Circular self-saturating inductor are the ter, as usual, diodes 33 and 34 as a back-saturation state has reached. A connection current diodes are provided in series between the with the problems with which the present input lines 20 and 21 switched and at their Invention employs, so does not exist. common connection with the middle of the

In Ausgestaltung der Erfindung kann in Reihe 45 drossel 30 verbunden sind. Da die über die Aus-In an embodiment of the invention, throttle 30 can be connected in series 45. Since the

mit jeder Primärwicklungshälfte eine mit der Um- gangsleitung 24 angelegte Last häufig eine induktivewith each primary winding half a load applied to the bypass line 24 is often an inductive one

schaltdrossel induktiv gekoppelte Zusatzspule vorge- Last, z. B. ein Motor, ist, wird der Laststromflußswitching choke inductively coupled additional coil pre- load, z. B. a motor, is the load current flow

sehen sein; dadurch wird die Belastung der gesteuer- noch für eine kurze Zeitspanne in derselben Richtungbe seen; this will keep the load on the controlled in the same direction for a short period of time

ten Halbleiter-Schaltelemente durch die auf die aufrechterhalten, nachdem bereits das eine oder dasth semiconductor switching elements maintained by the after already one or that

Umschaltenergie zurückgehenden Rückstromanteile 50 andere der beiden gesteuerten Halbleiter-Schaltele-Switching energy falling reverse current components 50 other of the two controlled semiconductor switching elements

weiter verringert. mente gesperrt worden ist. Für diesen Fall bilden diefurther reduced. has been blocked. In this case, the

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Aus- beiden Dioden 33 und 34 einen Hilfspfad für einenThe invention is based on the two diodes 33 and 34 an auxiliary path for one

führungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnun- solchen kurzen Stromfluß nach dem Abschalten desmanagement examples in connection with the drawing such short current flow after switching off the

gen näher beschrieben. Es zeigt einen und dem Einschalten des anderen gesteuertendescribed in more detail. It shows one controlled and turning on the other

Fig. 1 das Schaltbild eines bekannten Wechsel- 55 Halbleiter-Schaltelements,Fig. 1 is the circuit diagram of a known alternating 55 semiconductor switching element,

richters mit einer Energierückführungsschaltung, Der Wechselrichter nach F i g. 1 ist mit einerRichter with an energy return circuit, the inverter according to FIG. 1 is with a

F i g. 2 und 3 zwei Strom-/Zeitdiagramme zur Er- Energierückführungsschaltung 35 versehen, durchF i g. 2 and 3 two current / time diagrams for the Er energy return circuit 35 are provided by

läuterung der Schaltung nach Fig. 1, die die Belastbarkeit erhöht wird. Diese SchaltungClarification of the circuit according to FIG. 1, which increases the load capacity. This circuit

F i g. 4 das Schaltbild eines Wechselrichters gemäß enthält einen Energierückführungs-Transformator 36F i g. FIG. 4 shows the circuit diagram of an inverter in accordance with FIG. 4 contains an energy return transformer 36

der Erfindung, 60 mit einem Kern 37 und einer Primärwicklung 38, dieof the invention, 60 with a core 37 and a primary winding 38, the

F i g. 5 ein Strom-/Zeitdiagramm zur Erläuterung den gemeinsamen Anschluß der Dioden 33, 34 mitF i g. 5 shows a current / time diagram to explain the common connection of the diodes 33, 34 with

der Schaltung nach F i g. 4, der Mitte der Umschaltdrossel 30 verbindet. Die Se-the circuit according to FIG. 4, the middle of the switching throttle 30 connects. This-

F i g. 6 das Schaltbild eines weiteren Ausführungs- kundärwicklung 40 des Transformators 36 ist zwi-F i g. 6 the circuit diagram of a further embodiment secondary winding 40 of the transformer 36 is between

beispiels eines Wechselrichters nach der Erfindung, sehen den gemeinsamen Anschluß zweier in Reiheexample of an inverter according to the invention, see the common connection of two in series

F i g. 7 das Schaltbild eines dritten Ausführungs- 65 geschalteter Trenndioden 41 und 42 geschaltet. DieseF i g. 7 shows the circuit diagram of a third embodiment of 65 switched isolating diodes 41 and 42 switched. This

beispiels eines Wechselrichters nach der Erfindung, Trenndioden sind mit je einer der Eingangsleitungenexample of an inverter according to the invention, isolating diodes are each with one of the input lines

F i g. 8 eine zur Erläuterung des Wechselrichters 20 bzw. 21 verbunden. In der Praxis ist der Trans-F i g. 8 connected to explain the inverter 20 and 21, respectively. In practice, the trans-

nach F i g. 7 dienende Schaltung und formator 36 vorzugsweise ein Spartransformator (wieaccording to FIG. 7 serving circuit and formator 36, preferably an autotransformer (such as

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dargestellt), um gleichzeitig maximale Wirtschaftlich- Diode 34 enthält. Die Umschaltenergie wurde hauptkeit und minimale räumliche Abmessungen zu er- sächlich durch Erwärmung des Halbleiter-Schaltelereichen, ments 23 und der Diode 34 vernichtet. Da die ther-shown), in order to simultaneously contain maximum economical diode 34. Switching energy became the main priority and minimal spatial dimensions, due to the heating of the semiconductor switchgear area, ments 23 and the diode 34 destroyed. Since the thermal

Die Schaltung sei zunächst unter der Annahme be- mische Belastbarkeit des gesteuerten Halbleitertrachtet, daß die Energierückführungsschaltung 35 5 Schaltelements 23 begrenzt ist und ein wesentlicher nicht vorhanden, das heißt zwischen dem gemein- Teil der Belastung von der durch die Rückführung samen Anschluß der Kondensatoren 31 und 32 und der Umschaltenergie entstehenden Verlustwärme andern gemeinsamen Anschluß der Dioden 33 und 34 statt von der allein auf Grund des Laststroms entein Kurzschluß vorhanden ist. Ist das gesteuerte Halb- stehenden Verlustwärme geliefert wird, ist diese herleiter-Schaltelement 22 leitend, so fließt Strom von io kömmliche Abführung der Umschaltenergie verder Eingangsleitung 20 durch das Halbleiter-Schalt- schwenderisch, verschlechtert den Wirkungsgrad und element 22, die Wicklung 27 der Umschaltdrossel und bringt höhere Kosten und größere bauliche Abmesüber die Ausgangsleitung 24 an die Last. Unter diesen sungen pro Kilovoltampere des Wechselrichters mit Bedingungen ist der Kondensator 31 praktisch kurz- sich. Die Erwärmung, die durch die Abführung der geschlossen, das heißt, er speichert keine Ladung. Zu 15 Umschaltenergie durch Umlauf durch das Halbleiterdiesem Zeitpunkt liegt auch im wesentlichen die ge- Schaltelement 23 und die Diode 34 entsteht, ist in samte Batterie- oder Eingangsgleichspannung zwi- F i g. 2 durch die kreuzschraffierte Fläche zwischen sehen den Leitungen 24 und 21. Folglich wird der den Zeiten J1 und i2 angedeutet. In dem Ausmaß, Kondensator 32 etwa auf die zwischen den Leitungen in dem die kreuzschraffierte Fläche reduziert werden 20 und 21 liegende Spannung aufgeladen. 20 kann, wird die durch die herkömmliche AbführungThe circuit is first of all under the assumption that the controlled semiconductor can withstand the load that the energy feedback circuit 35 5 switching element 23 is limited and a substantial one is not present, that is, between the common part of the load from the connection of the capacitors 31 and 31 through the feedback 32 and the heat loss arising from the switching energy at the other common connection of the diodes 33 and 34 instead of the short circuit being present solely due to the load current. If the controlled half-standing heat loss is supplied, if this diverting switching element 22 is conductive, then current flows from the conventional dissipation of the switching energy via the input line 20 through the semiconductor switching wasteful, worsens the efficiency and element 22, the winding 27 of the switching choke and brings higher cost and bulk to the load via output line 24. Under these conditions per kilovolt-ampere of the inverter, the capacitor 31 is practically short. The heating caused by the dissipation of the closed, that is, it does not store any charge. At this point in time, the switching element 23 and the diode 34 is created, is in the entire battery or input DC voltage between. 2 by the cross-hatched area between lines 24 and 21. Consequently, the times J 1 and i 2 are indicated. To the extent that capacitor 32 is charged approximately to the voltage 20 and 21 lying between the lines in which the cross-hatched areas are reduced. 20 can, that by the conventional discharge

Wird ein geeigneter Steuerimpuls über den Leiter 26 der Umschaltenergie hervorgerufene Erwärmung derIf a suitable control pulse is generated via the conductor 26 of the switching energy heating of the

an die Steuerelektrode 23 g des gesteuerten Halbleiter- Halbleiter-Schaltelemente reduziert, was eine ent-reduced to the control electrode 23 g of the controlled semiconductor-semiconductor switching elements, which

Schaltelements 23 gelegt, so wird dieses sofort leitend sprechende Erhöhung der Belastbarkeit des Wechsel-Switching element 23 placed, this immediately conductive speaking increase in the load capacity of the alternating

und bildet einen Leitpfad für den Stromrückfluß von richters bedeutet.and forms a conduction path for the current return flow from richters means.

der Last zurück über die Ausgangsleitung 24, die Wick- 25 Die Verlustwärme bei der Abführung der Um-Iung28 und das gesteuerte Halbleiter-Schaltelement schaltenergie wird durch die Energierückführungs-23 zur Eingangsleitung 21. Dadurch beginnt sich schaltung 35 erheblich verbessert. Die Primärwickder Kondensator 32 sofort über die Wicklung 28 und lung 38 ist in den Pfad für die Abführung der Umdas Halbleiter-Schaltelement 23 zu entladen. Im schaltenergie eingefügt, und der Transformator 36 ist ersten Augenblick ist der in der Wicklung 28 fließende 30 so ausgelegt, daß während des Energieabflusses aus Strom gleich dem Strom, der in der Wicklung 27 der Umschaltdrossel Energie über diesen Transforgerade vor dem Umschalten floß und der magnetisch mator und über die Dioden 34, 41 oder 33, 42 an auf die Wicklung 28 übertragen wurde. Dieser an- den Eingangsstromkreis zurückgeleitet wird und die fängliche Strom in der Wicklung 28 der Umschalt- für die Energieabführung erforderliche Zeitspanne drossel wird durch die Entladung des Kondensators 35 wesentlich verkürzt wird. Durch diese Energierück-32 wesentlich verstärkt, während die Umschaltenergie führungsschaltung 35 wird aber nicht nur diese Zeitan die Wicklung 28 der Drossel abgegeben wird, so spanne, sondern auch die Größe der Erwärmung des daß ein schnell ansteigender Strom entsteht, wie Halbleiter-Schaltelements 23 bzw. 22 und der Diode dies in F i g. 2 zwischen t0 und it erkennbar ist. Auf 34 bzw. 33 bedeutend reduziert, was durch die Grund der magnetischen Kopplung der Wicklungen 40 kreuzschraffierte Fläche zwischen den Zeiten I1 und 28 und 27 der Umschaltdrossel wird die an der f3 in Fig. 3 dargestellt ist. Dennoch ist ein hoher Wicklung 28 liegende Spannung ungefähr verdoppelt; Stromfluß durch die Wicklung 28 zur Zeit J1 und dies erzeugt an der Kathode 22 c des Halbleiter- unmittelbar danach immer noch vorhanden, und Schaltelements eine Spannung geeigneter Amplitude es ist somit genügend Spielraum für eine weitere und Polarität, um dieses Halbleiter-Schaltelement 45 Verbesserung der Energierückführungsschaltung geabzuschalten und für einen Zeitraum abgeschaltet geben.the load back via the output line 24, the winding 25 The heat loss during the dissipation of the Um-Iung28 and the controlled semiconductor switching element switching energy is through the energy return 23 to the input line 21. As a result, the circuit 35 is significantly improved. The primary winding of the capacitor 32 immediately through the winding 28 and treatment 38 is in the path for the dissipation of the semiconductor switching element 23 to be discharged. In the switching energy inserted, and the transformer 36 is initially the 30 flowing in the winding 28 is designed so that during the flow of energy from current equal to the current that flowed in the winding 27 of the switching choke energy through this Transforgerade before switching and the magnetic mator and was transmitted to the winding 28 via the diodes 34, 41 or 33, 42. This is fed back to the input circuit and the catching current in the winding 28 of the switching choke required for the dissipation of energy is considerably shortened by the discharge of the capacitor 35. By this energy return 32 significantly increased, while the switching energy management circuit 35 is not only given this time to the winding 28 of the choke, so span, but also the size of the heating that a rapidly increasing current arises, such as semiconductor switching element 23 or 22 and the diode in FIG. 2 can be seen between t 0 and i t . Significantly reduced to 34 and 33, respectively, which is shown at f 3 in FIG. 3 by the reason of the magnetic coupling of the windings 40 cross-hatched area between the times I 1 and 28 and 27 of the switching throttle. Even so, a high winding 28 voltage is roughly doubled; Current flow through winding 28 at time J 1 and this is generated at cathode 22 c of the semiconductor immediately afterwards still present, and switching element a voltage of suitable amplitude there is thus enough margin for a further and polarity to improve this semiconductor switching element 45 the energy return circuit to be switched off and switched off for a period of time.

zu halten, der länger ist, als er für dieses Halbleiter- Gemäß der Erfindung wird eine neuartige Energie-Schaltelement erforderlich wäre, um sich zu erholen rückführungsschaltung verwendet, um einen Hilfsleit- oder in den nichtleitenden Zustand zurückzukehren. pfad für den Stromfluß durch die Wicklung 28 wäh-Es ist ersichtlich, daß diese bekannte Verwendung 50 rend der Zeit zu schaffen, in der Umschaltenergie von der Umschaltdrossel für die Umschaltung nach der dieser Wicklung abgeführt wird. Durch diesen HilfsÜbertragung des Stroms von der Wicklung 27 auf leitpfad ist eine zusätzliche Wicklung in Reihe mit der die Wicklung 28, wenn das gesteuerte Halbleiter- Wicklung 28 geschaltet, und diese zusätzliche Wick-Schaltelement 22 abgeschaltet ist, während des Um- lung ist magnetisch mit der Wicklung 28 gekoppelt, schaltzeitraums keinen Stromfluß durch die Wick- 55 Die in dem Hilfsleitpfad vorgesehene zusätzliche lung 27 erzeugt, sondern daß Strom nur durch den Wicklung kann die andere Wicklung 27 der Umschaltleitenden Kopplungspfad einschließlich der Wicklung drossel 30 einschließen, da diese Wicklungen magne-28 der Umschaltdrossel bis zu der Eingangsleitung 21 tisch über einen Kern gekoppelt sind. In den bekannfließt, ten Wechselrichteranordnungen führt die Wicklung 27to keep, which is longer than it is for this semiconductor according to the invention is a novel energy switching element would be required to recover feedback circuit used to provide an auxiliary conductor or return to the non-conductive state. path for the current flow through the winding 28 select-Es it can be seen that this known use will create 50 rend of time in the switching energy of the changeover throttle for the changeover after which this winding is discharged. Through this auxiliary transmission of the current from winding 27 on conductive path is an additional winding in series with the the winding 28, when the controlled semiconductor winding 28 is switched, and this additional winding switching element 22 is switched off, while the winding is magnetically coupled to the winding 28, switching period no current flow through the winding 55 The additional provided in the auxiliary conduction path ment 27 generated, but that current can only through the winding, the other winding 27 of the Umschaltleitenden Coupling path including the winding include choke 30, as these windings magne-28 the switching throttle are coupled to the input line 21 table via a core. In the known flows The winding 27 leads the inverter arrangement

Wie F i g. 2 zeigt, ist zur Zeit ti die ganze Um- 60 nach dem Abschalten des gesteuerten Halbleiterschaltenergie aus dem Kondensator 32 (oder einer Schaltelements 22 während des Umschaltzeitraums anderen geeigneten Quelle) in der Wicklung 28 der keinen Strom, sondern empfängt nur in der zuvor be-Umschaltdrossel gespeichert, und die Höhe des Strom- schriebenen Weise die induzierte Spannung von der flusses durch diese Wicklung ist gerade im Abnehmen Wicklung 28, um das Abschalten des gesteuerten begriffen. Bei den meisten früheren Wechselrichter- 65 Halbleiter-Schaltelements 22 zu unterstützen. Es ist anlagen wurde die Umschaltenergie durch fortwähren- festzustellen, daß die Energierückführungsschaltung des Umlaufen in einem Pfad vernichtet, der die Wick- ferner an die Eingangsleitungen 20, 21 gekoppelt ist, lung 28, das Halbleiter-Schaltelement 23 und die um die Umschaltenergie von der Wicklung 28 mitLike F i g. 2 shows, at the time ti, after the controlled semiconductor switching energy has been switched off from the capacitor 32 (or a switching element 22 during the switching period of another suitable source) in the winding 28, which does not receive any current, but only receives in the previously loaded Switching choke stored, and the amount of power written way the induced voltage of the flow through this winding is currently in the process of decreasing winding 28, in order to switch off the controlled. Support for most previous inverters 65 semiconductor switching element 22. It is the switching energy by continually ascertaining that the energy return circuit of the circulating in a path which is also coupled to the input lines 20, 21, development 28, the semiconductor switching element 23 and the switching energy from the system is destroyed Winding 28 with

möglichst geringem Stromfluß über den das gesteuerte Halbleiter-Schaltelement 23 und die Diode 34 enthaltenden Leitpfad an den Eingangsstromkreis zurückzuführen. The lowest possible current flow via the controlled semiconductor switching element 23 and the diode 34 containing Path to the input circuit.

Diese periodische oder zyklische Rückführung der Umschaltenergie (zuerst von der einen Wicklung der Umschaltdrossel, dann von der anderen, usw.) durch den Hilfsleitpfad wird in Verbindung mit F i g. 4 beschrieben werden. Die F i g. 4 zeigt eine Energierückführungsschaltung 46, die einen Transformator 47 mit einer Primärwicklung 48 und einer mittig angezapften Sekundärwicklung 49, eine erste Diode 50 und ein Paar von Trenndioden 51 und 52 zeigt. Ein Hilfsleitpfad für die Rückführung der Umschaltenergie verläuft von der Wicklung 28 über das gesteuerte Halbleiter-Schaltelement 23, die Leitung 21, die Diode 50, die Primärwicklung 48 des Transfermators 47 und über die Wicklung 27 zurück zur Wicklung 28. Die Mitte der Sekundärwicklung 49 ist mit der Eingangsleitung 21 und die Enden der Sekundärwicklung 49 sind über die Trenndioden 51 und 52 mit der anderen Eingangsleitung 20 verbunden. Das zweite gesteuerte Halbleiter-Schaltelement 22, die Ausgangsleitung 24 und die Kondensatoren 31, 32 entsprechen der Schaltung nach F i g. 1.This periodic or cyclic return of the switching energy (first from one winding of the Switching throttle, then from the other, etc.) through the auxiliary conduction path is in connection with F i g. 4 described will. The F i g. 4 shows an energy return circuit 46 that includes a transformer 47 a primary winding 48 and a centrally tapped secondary winding 49, a first diode 50 and shows a pair of isolation diodes 51 and 52. An auxiliary conduction path for the return of the switching energy runs from the winding 28 via the controlled semiconductor switching element 23, the line 21, the diode 50, the primary winding 48 of the transfermator 47 and via the winding 27 back to Winding 28. The center of the secondary winding 49 is connected to the input line 21 and the ends of the Secondary windings 49 are connected to the other input line 20 via isolating diodes 51 and 52. The second controlled semiconductor switching element 22, the output line 24 and the capacitors 31, 32 correspond to the circuit according to FIG. 1.

Die Energiemenge, die in dem magnetischen Kreis cinschläeßlich der Wicklung 28 bei der Rückführung der Umschaltenergie unmittelbar vor der Umkehrung der Polarität an dieser Wicklung gespeichert ist, steht in Beziehung zu ΝΦΙ, wobei N die Anzahl der Windungen der Wicklung 28, Φ den maximalen Fluß. der erzeugt wird, wenn die gesamte Umschaltenergie in die Wicklung 28 gegeben wird, und / den Spitzenstrom bezeichnet, der zu diesem Zeitpunkt durch die Wicklung 28 fließt. Die Wicklungen 27 und 28 sind magnetisch gekoppelt, so daß diese Energie tatsächlieh in der gesamten Umschaltdrossel 30 gespeichert wird, obwohl Strom nur durch die Wicklung 28 fließt. Nach der Spannungsumkehr an der Wicklung 28 und sobald die Rückführung der Umschaltenergie beginnt (Zeit I1 in Fig. 5), beginnt Strom zu fließen von der Wicklung 28 über das gesteuerte Halbleiter-Schaltelement 23 und über den Hilfsleitpfad mit der Diode 50, der Wicklung 48 und der anderen Wicklung 27 der Umschaltdrossel 30 zurück zur Wicklung 28. Somit ist tatsächlich die Anzahl der Windungen verdoppelt worden, da die Windungen der Wicklung 27 in Reihe mit den Windungen der Wicklung 28 zugeschaltet sind, während die Größe des Flusses Φ konstant geblieben ist. Da die gespeicherte Energie gerade vor der Polaritätsumkehr und gerade nach dieser dieselbe sein muß, verringert sich der durch die Wicklung 28 und das gesteuerte Halbleiter-Schaltelement 23 fließende Strom sofort auf die Hälfte seines ursprünglichen Wertes (bei Leerlaufbedingungen). Dieser plötzliche und beträchtliche Abfall des Umschaltstroms ist in Fig. 5 angedeutet, und die durch das Rückführen der Umschaltenergie hervorgerufene Erwärmung des gesteuerten Halbleiter-Schaltelements 23 wird daher drastisch verringert. Die Umschaltenergie wird bei der Rückführung über den Transformator 47 geführt, in einer der Trenndioden 51 und 52 gleichgerichtet und in die Leitungen 20, 21 des Eingangsstromkreises zurückgeführt. Folglieh wird nicht nur die Erwärmung des gesteuerten Halbleiter-Schaltelements 23 bedeutend verringert, sondern die in dem Umschaltprozeß benutzte Energie wird wiedergewonnen für nachfolgende Verwendung bei dem zyklischen Aufladen der Kondensatoren 31, 32 und deren darauffolgender Entladung während jeder Arbeitsperiode des Wechselrichters.The amount of energy stored in the magnetic circuit including winding 28 when the switching energy is returned immediately before the polarity is reversed at this winding is related to ΝΦΙ, where N is the number of turns of winding 28, Φ is the maximum flux. which is generated when all of the switching energy is put into winding 28 and / denotes the peak current flowing through winding 28 at this point in time. The windings 27 and 28 are magnetically coupled so that this energy is actually stored in the entire switching inductor 30, although current only flows through the winding 28. After the voltage reversal at the winding 28 and as soon as the return of the switching energy begins (time I 1 in FIG. 5), current begins to flow from the winding 28 via the controlled semiconductor switching element 23 and via the auxiliary conduction path with the diode 50, the winding 48 and the other winding 27 of the switching inductor 30 back to the winding 28. Thus, the number of turns has actually been doubled, since the turns of the winding 27 are connected in series with the turns of the winding 28, while the magnitude of the flux Φ has remained constant . Since the stored energy must be the same just before the polarity reversal and just after this, the current flowing through the winding 28 and the controlled semiconductor switching element 23 is immediately reduced to half of its original value (under no-load conditions). This sudden and considerable drop in the switching current is indicated in FIG. 5, and the heating of the controlled semiconductor switching element 23 caused by the return of the switching energy is therefore drastically reduced. The switching energy is fed back via the transformer 47, rectified in one of the isolating diodes 51 and 52 and fed back into the lines 20, 21 of the input circuit. As a result, not only is the heating of the controlled semiconductor switching element 23 significantly reduced, but the energy used in the switching process is recovered for subsequent use in the cyclic charging of the capacitors 31, 32 and their subsequent discharge during each operating period of the inverter.

F i g. 6 zeigt eine andere Ausführungsform, die von der in F i g. 4 gezeigten dadurch abweicht, daß eine Energierückführungsschaltung 55 verwendet wird, in der ein Transformator 56 mit zwei Primärwicklungshälften 48', 57 angeordnet ist. Das untere Ende der Wicklung 57 ist an den gemeinsamen Anschluß zwischen dem gesteuerten Halbleiter-Schaltelement 23 und der Wicklung 28 der Umschaltdrossel 30 geschaltet, und das obere Ende der Wicklung 57 ist über eine Diode 58 mit der Eingangsleitung 20 verbunden. Wenn das gesteuerte Halbleiter-Schaltelement 22 eingeschaltet ist, wird ein Hilfsleitpfad gebildet, der sich von der Wicklung 27 über die Wicklung 28 der Umschaltdrossel, die Diode 58, die Primärwicklung 57, die Eingangsleitung 20 und das gesteuerte Halbleiter-Schaltelement 22 zurück zur Wicklung 27 erstreckt. Die andere Primärwicklungshälfte 48' entspricht der Primärwicklung 48 der Fig. 4; wie dort ist ihr unteres Ende über eine Diode 50 an die Eingangsleitung 21 angeschlossen. Die Sekundärwicklung49 und die Trenndioden 51, 52 entsprechen Fig. 4. Die Arbeitsweise dieser Schaltung während abwechselnder Halbperioden geht ohne weiteres aus den vorstehend im Zusammenhang mit F i g. 4 gegebenen Erläuterungen hervor.F i g. 6 shows another embodiment that differs from that in FIG. 4 differs in that an energy return circuit 55 is used in which a transformer 56 with two primary winding halves 48 ', 57 is arranged. The lower end of the winding 57 is connected to the common terminal between the controlled semiconductor switching element 23 and the winding 28 of the switching inductor 30, and the upper end of the winding 57 is connected to the input line 20 via a diode 58 connected. When the controlled semiconductor switching element 22 is turned on, an auxiliary conduction path is formed, from the winding 27 via the winding 28 of the switching throttle, the diode 58, the Primary winding 57, the input line 20 and the controlled semiconductor switching element 22 back to the Winding 27 extends. The other primary winding half 48 'corresponds to the primary winding 48 of the Fig. 4; as there, its lower end is connected to the input line 21 via a diode 50. The secondary winding49 and the isolation diodes 51, 52 correspond to Fig. 4. The operation of this circuit during alternating half-periods it is readily apparent from those above in connection with F i g. 4 given explanations.

In F i g. 7 ist eine Ausführungsform dargestellt, die sich besonders für den kommerziellen Gebrauch eignet. Die dort verwendete Energierückführungsschaltung 60 weist einen Transformator 61 auf, der zwei Primärwicklungshälften 62 und 63 und eine Sekundärwicklung 64 hat. Ein Ende der Sekundärwicklung 64 ist mit dem gemeinsamen Anschluß zwischen den Kondensatoren 31, 32 und den Wicklungen 27. 28 der Umschaltdrossel 30 verbunden, während das andere Ende der Sekundärwicklung 64 wie dargestellt über Trenndioden 41 und 42 an die Eingangsleitungen 20 bzw. 21 angeschlossen ist. Ein Ende der Primärwicklungshälften 62 ist über eine Diode 65 mit der Eingangsleitung 21 und das andere Ende dieser Primärwicklungshälfte 62 mit dem gemeinsamen Anschluß zwischen der Wicklung 27 und dem gesteuerten Halbleiter-Schaltelement 22 verbunden. Die andere Primärwicklungshälfte 63 ist am einen Ende über eine Diode 66 mit der Eingangsleitung 20 und am anderen Ende mit dem gemeinsamen Anschluß zwischen der Wicklung 28 und dem gesteuerten Halbleiter-Schaltelement 23 verbunden. Die Schaltung der Kondensatoren 31, 32 und der Ausgangsleitung 24 entspricht Fig. 4.In Fig. 7 shows an embodiment which is particularly suitable for commercial use suitable. The energy feedback circuit 60 used there has a transformer 61, the two primary winding halves 62 and 63 and a secondary winding 64 has. One end of the secondary winding 64 is to the common connection between the capacitors 31, 32 and the windings 27. 28 of the switching inductor 30 connected, while the other end of the secondary winding 64 as shown is connected via isolating diodes 41 and 42 to the input lines 20 and 21, respectively. An end the primary winding halves 62 is connected via a diode 65 to the input line 21 and the other end this primary winding half 62 with the common connection between the winding 27 and the controlled semiconductor switching element 22 connected. The other primary winding half 63 is at one end via a diode 66 to the input line 20 and at the other end to the common connection connected between the winding 28 and the controlled semiconductor switching element 23. The circuit of the Capacitors 31, 32 and the output line 24 corresponds to FIG. 4.

Wenn während des Betriebs das gesteuerte HaIbleiter-Schaltelement 22 abgeschaltet und das gesteuerte Halbleiter-Schaltelement 23 eingeschaltet ist. wird die in dem Kondensator 32 aufgespeicherte Umschaltenergie schnell in die Wicklung 28 der Umschaltdrossel 30 abgegeben. Nach der Umkehrung der Polarität an der Wicklung 28 und dem Beginn der Rückführung der Umschaltenergie wird ein Hilfsleitpfad von der Wicklung 28 über das gesteuerte HaIbleiter-Schaltelement 23, die Leitung 21, die Diode 65, die Primärwicklungshälfte 62 und die Wicklung 27 zurück zu der Wicklung 28 der Umschaltdrossel geschlossen. Dieser Hilfsleitpfad enthält die Wicklungen 27 und 28, so daß die Wicklung 27 mit von dem Strom durchflossen wird, der die in dem magnetischen Kreis der Umschaltdrossel gespeicherte Energie ab-If during operation the controlled semiconductor switching element 22 is switched off and the controlled semiconductor switching element 23 is switched on. the switching energy stored in the capacitor 32 is quickly transferred to the winding 28 of the switching inductor 30 submitted. After reversing the polarity on the winding 28 and the beginning of the Return of the switching energy becomes an auxiliary conduction path from the winding 28 via the controlled semiconductor switching element 23, the line 21, the diode 65, the primary winding half 62 and the winding 27 back to the winding 28 of the switching reactor closed. This auxiliary conductive path contains the windings 27 and 28, so that the winding 27 with the Current flows through, which removes the energy stored in the magnetic circuit of the switching throttle.

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transportiert. Ein beträchtlicher Teil der über diesen soeben beschriebenen Hilfsleitpfad transportieren Energie wird durch magnetische Kopplung zu der Sekundärwicklung 64 des Transformators 61 und über eine der Trenndioden 41 und 42 (im betrachteten Moment ist es die Trenndiode 41) in den Eingangsstromkreis zurückgeführt. Es gibt ferner einen Leitpfad für die Energierückführung, wie noch in Verbindung mit F i g. 8 beschrieben werden wird. Der wechselweise Betrieb der beschriebenen Anordnung ist dem Fachmann leicht aus den vorhergehenden Beschreibungen und der Darstellung der Transformatorenanordnungen 38,40 in F i g. 1 ersichtlich. Weiterhin ist ersichtlich, daß die Dioden 65 und 66 die Rückführung von Reaktanzenergie als Rückstromdioden in gleicher Weise wie die Rückstromdioden in den früheren Stromkreisen besorgen.transported. Transport a considerable part of the auxiliary guide path just described Energy is provided by magnetic coupling to the secondary winding 64 of the transformer 61 and over one of the isolating diodes 41 and 42 (at the moment it is the isolating diode 41) fed back into the input circuit. There is also a guide path for the energy return, as described in connection with FIG. 8 will be described. the alternate operation of the described arrangement is easy for the person skilled in the art from the preceding descriptions and the illustration of the transformer arrangements 38, 40 in FIG. 1 can be seen. Farther it can be seen that diodes 65 and 66 feed back reactance energy as reverse current diodes in the same way as the reverse current diodes in the earlier circuits.

F i g. 8 zeigt eine Ersatzschaltung für einen Teil der in F i g. 7 gezeigten Wechselrichterschaltung, wobei der verhältnismäßig kleine Spannungsabfall über dem gesteuerten Halbleiter-Schaltelement 23 beim Beginn der Rückführung der in der Wicklung 28 der Umschaltdrossel gespeicherten Energie vernachlässigt ist. Eine Eingangsgleichspannung E liegt an den Eingangsleitungen 20 und 21. Auf Grund der Richtung, in der die Diode 65 in den Stromkreis eingeschaltet ist, kann sie als Mittel zum Schließen eines Stromkreises angesehen werden, der nicht nur die Wicklung 28, an die die Umschaltenergie abgegeben worden ist (durch Entladen des angeschlossenen Kondensators oder auf andere Weise), sondern auch eine zusätzliche Wicklung (in dieser Ausführung die andere Wicklung 27) einschließt, die direkt nach dem Beginn der Rückführung der Umschaltenergie den Strom mit übernimmt und dadurch die Gesamtzahl der Windungen in dem Rückführstromkreis wirksam erhöht. Es ist ersichtlich, daß eine andere induktive Wicklung als die Wicklung 27 von der linken Seite der Primärwicklungshälfte 62 direkt mit der gemeinsamen Verbindung zwischen den Wicklungen 28 und 27 verbunden werden könnte, und daß die obere Wicklung 27 der Umschaltdrossel dann bei der Rückführung der Umschaltenergie nicht benutzt werden würde. Ein bedeutsamer Teil der Erfindung ist jedoch die Verwendung der oberen Wicklung 27 der gesamten Umschaltdrossel während der Zeit, in der die Umschaltenergie zurückgeführt wird, wohingegen vordem kein Stromfluß durch diese Wicklung 27 bestand, nachdem das gesteuerte Halbleiter-Schaltelement 22 abgeschaltet worden war.F i g. 8 shows an equivalent circuit for part of the circuit shown in FIG. 7, the relatively small voltage drop across the controlled semiconductor switching element 23 at the beginning of the return of the energy stored in the winding 28 of the switching inductor being neglected. A DC input voltage E is applied to the input lines 20 and 21. Due to the direction in which the diode 65 is switched on in the circuit, it can be viewed as a means of closing a circuit which not only includes the winding 28, to which the switching energy is delivered has been (by discharging the connected capacitor or in some other way), but also includes an additional winding (in this version the other winding 27), which takes over the current immediately after the switching energy has been returned and thereby the total number of turns in effectively increased the feedback circuit. It can be seen that an inductive winding other than winding 27 from the left side of primary winding half 62 could be connected directly to the common connection between windings 28 and 27, and that the upper winding 27 of the switching choke would then not be when the switching energy is returned would be used. An important part of the invention, however, is the use of the upper winding 27 of the entire switching choke during the time in which the switching energy is returned, whereas previously there was no current flow through this winding 27 after the controlled semiconductor switching element 22 had been switched off.

Nachdem die Umschaltenergie in die Wicklung 28 überführt worden ist, beginnt die Größe des durch die Wicklung 28 fließenden Stroms abzunehmen, und die Polarität der an dieser Wicklung erscheinenden Spannung kehrt sich um. Durch die Diode 65, die Primärwicklungshälfte 62 und die Wicklung 27 beginnt ein Strom ip zu fließen. Bei einem angenommenen Windungsverhältnis α zwischen der Primärwicklungshälfte 62 und der Sekundärwicklung 64 fließt durch die Sekundärwicklung 64 und die Trenndiode 41 ein Strom ip/a zu der Eingangsleitung 20. Dadurch verbleibt ein Strom von/,, (1—Ma), der (bei Leerlaufbedingungen) in der Wicklung 28 fließt.After the switching energy has been transferred into the winding 28, the magnitude of the current flowing through the winding 28 begins to decrease and the polarity of the voltage appearing on this winding is reversed. A current i p begins to flow through the diode 65, the primary winding half 62 and the winding 27. With an assumed turns ratio α between the primary winding half 62 and the secondary winding 64, a current i p / a flows through the secondary winding 64 and the isolating diode 41 to the input line 20. This leaves a current of / ,, (1- Ma), which (at No-load conditions) in the winding 28 flows.

ίο Bei jedem praktischen Windungsverhältnis (und bei Leerlaufbedingungen) teilen sich die Ströme in den Wicklungen 28 und 27 ungefähr gleich auf, wobei in der Wicklung 28 ein etwas geringerer Strom fließt als in der Wicklung 27.ίο With every practical turns ratio (and with No-load conditions), the currents in windings 28 and 27 are approximately equally divided, with in a slightly lower current flows in winding 28 than in winding 27.

Bei der Schaltung nach F i g. 9 sind zwei Zusatzspulen 70 und 71 auf demselben Kern vorgesehen, der die Wicklungen 27 und 28 der Umschaltdrossel 30 magnetisch verkettet. Außerdem sind die Primärwicklungshälften 62, 63 und die Sekundärwicklung 64 des Energierückführungs-Transformators,die in Fig. 7 in enger Nachbarschaft dargestellt sind, hier in anderer Weise dargestellt; ihre elektrischen und magnetischen Funktionen sind jedoch genau dieselben wie bei der Schaltung nach Fig. 7. Demgemäß wird bei einer gegebenen Rücklieferung der Umschaltenergie, beispielsweise von der Wicklung 28, ein Leitpfad geschlossen, der sich von dem unteren Teil der Wicklung 28 über das gesteuerte Halbleiter-Schaltelement 23, die Eingangsleitung 21, die Diode 65, die Primärwicklungshälfte 62 des Energierückführungs-Transformators und der Zusatzspule 70 und der Wicklung 27 zur Wicklung 28 erstreckt. Analog erstreckt sich von der Wicklung 27 ein Hilfsleitpfad über das gesteuerte Halbleiter-Schaltelement 22, die Eingangsleitung 20, die Diode 66, die Primärwicklungshälfte 63, die Zusatzspule 71 und die Wicklung 28 zurück zur Wicklung 27. Die Schaltung der Kondensatoren 31, 32 der Sekundärwicklung 64, der Trenndioden 41, 42 und der Ausgangsleitung 24 entspricht der Fig. 7. Man erkennt sofort, daß durch die Einfügung von mehr Windungen in den Stromleitpfad, über den die Umschaltenergie zurückgeführt wird, bei Gleichbleiben der gerade vor und gerade nach dem Beginn der Energierückführung vorhandenen Energie, der Rückführstrom bei Leerlauf merklich unter den Wert erniedrigt werden kann, der bei der Ausführungsform nach F i g. 7 erzielt wird, das heißt erheblich unter denjenigen Wert, bei dem der Abfall oder die allmähliche Stromabnahme in Fig. 5 dargestellt ist. Die Spannungsbelastbarkeit der Dioden 65 und 66 muß erhöht werden, aber dies wird durch die gleichzeitige Abnahme des Stromflusses durch diese Dioden wettgemacht, so daß die Kosten dieser Komponenten annähernd konstant bleiben.In the circuit according to FIG. 9, two additional coils 70 and 71 are provided on the same core, which chains the windings 27 and 28 of the switching throttle 30 magnetically. In addition, the primary winding halves 62, 63 and the secondary winding 64 of the energy return transformer, which are shown in close proximity in FIG. 7, are shown here in a different manner; however, their electrical and magnetic functions are exactly the same as in the circuit of FIG. 7. Accordingly, for a given return of the switching energy, for example from the winding 28, a conduction path is closed which extends from the lower part of the winding 28 via the controlled semiconductor -Switching element 23, the input line 21, the diode 65, the primary winding half 62 of the energy feedback transformer and the additional coil 70 and the winding 27 to the winding 28 extends. Analogously, an auxiliary conduction path extends from the winding 27 via the controlled semiconductor switching element 22, the input line 20, the diode 66, the primary winding half 63, the additional coil 71 and the winding 28 back to the winding 27. The circuit of the capacitors 31, 32 of the secondary winding 64, the isolating diodes 41, 42 and the output line 24 correspond to FIG. 7. It can be seen immediately that by inserting more turns in the current conduction path, via which the switching energy is returned, while the just before and just after the start of the Energy recirculation existing energy, the recirculation current at no load can be reduced noticeably below the value that in the embodiment according to FIG. 7 is achieved, that is to say considerably below the value at which the drop or the gradual decrease in current is shown in FIG. The voltage rating of diodes 65 and 66 must be increased, but this is offset by the simultaneous decrease in the current flow through these diodes, so that the cost of these components remains approximately constant.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (2)

Nennleistung und der Wirkungsgrad des Wechselrich- Patentansprüche: ters erhöht werden. Die erwähnten Dioden im Pri märkreis des zur Energierückführung dienendenNominal power and the efficiency of the inverter are increased. The mentioned diodes in the primary circuit of the energy return used 1. Wechselrichter mit einer an eine Gleich- Transformators wirken in bekannter Weise als Rückspannungsquelle anzuschließenden Reihenschal- 5 führdioden und dienen zur Energierückführung von tung aus einem ersten gesteuerten Halbleiter- der Last zur Gleichspannungsquelle; dies ist insbe-Schaltelement, einer Umschaltdrossel, an deren sondere vorteilhaft für den meist vorliegenden Fall Mitte der Ausgangskreis angeschlossen ist, und einer induktiven Last. Die genannten Dioden bilden einem zweiten gesteuerten Halbleiter-Schaltele- bei Schaltungen ohne den beschriebenen Energierückment, je einem zwischen dem Ausgangskreis io führungs-Transformator zusammen mit den gesteuer- und einem der Pole der Gleichspannungsquelle ten Halbleiter-Schaltelementen Kurzschlußkreise für angeschlossenen Kondensator, und einer Energie- die in der Umschaltdrossel aufgebauten Energierückführungsschaltung, die einen zur Rückliefe- anteile; in diese Kurzschlußkreise sind die Primärrung von Umschaltenergie aus der Umschaltdros- Wicklungshälften des Energierückführungs-Transforsel dienenden Transformator aufweist, dessen jede 15 mators eingefügt, so daß die beim Energieabbau in Primärwicklungshälfte mit ihrem einen Ende mit der Umschaltdrossel aus dieser abfließenden Energieder Mitte der Umschaltdrossel und mit ihrem impulse über den Transformator und die an dessen anderen Ende über eine in Sperrichtung gepolte Sekundärwicklung angeschlossenen Trenndioden pol-Diode mit dem entsprechenden Pol der Gleich- richtig in die Gleichspannungsquelle geleitet werden. Spannungsquelle und dessen Sekundärwicklung 20 Bei der eben beschriebenen bekannten Wechselüber Trenndioden mit den Polen der Gleich- richterschaltung war nicht ohne weiteres zu erkennen, Spannungsquelle verbunden ist, dadurch ge- ob und wie noch weitere, über die beschriebenen Vorkennzeichnet, daß das eine Ende jeweils teile Verbesserungen mit vertretbarem Aufwand mögeiner Primärwicklungshälfte (48' bzw. 57; 62 bzw. Hch sein könnten. Dennoch geht die Erfindung von 63) an die Verbindungsleitung zwischen der Um- 25 der Aufgabe aus, eine weitere Verbesserung in einschaltdrossel (30) und demjenigen gesteuerten fächer Weise zu erzielen, also einen Wechselrichter Halbleiter-Schaltelement (22 bzw. 23) angeschlos- zu schaffen, der gegenüber bekannten Wechselrichtern sen ist, das an den nicht mit der Diode (50 bzw. der angegebenen Art bei ebenso einfachem Aufbau 58) verbundenen Pol der Gleichspannungsquelle und vergleichbaren Abmessungen und Gewichten eine angeschlossen ist (F i g. 4, 6, 7). 3° höhere Nennleistung bei besserem Wirkungsgrad er-1. Inverters with a DC transformer act in a known way as a reverse voltage source to be connected series switching diodes 5 and are used to return energy from device from a first controlled semiconductor load to the DC voltage source; this is a particular switching element, a changeover throttle, which is particularly advantageous for the most common case Middle of the output circuit is connected, and an inductive load. The said diodes form a second controlled semiconductor switching element for circuits without the described energy return, one each between the output circuit io lead transformer together with the controlled and one of the poles of the DC voltage source th semiconductor switching elements short-circuit circuits for connected capacitor, and an energy - the energy return circuit built in the switching choke, some for return shares; The primary circuit of switching energy from the Umschaltdros winding halves of the energy return transformer is in these short-circuit circuits serving transformer, each of which 15 mators inserted, so that the energy dissipation in One end of the primary winding half with the switching throttle from this energy draining off Middle of the switching choke and with its impulses over the transformer and the one to it at the other end via an isolating diode connected in reverse polarity, a pole diode with the corresponding pole of the direct into the direct voltage source. Voltage source and its secondary winding 20 In the known changeover just described Isolating diodes with the poles of the rectifier circuit could not be easily recognized, Voltage source is connected, whether and how further, beyond the previously described, that one end can share improvements at a reasonable cost Primary winding half (48 'or 57; 62 or Hch could be. Nevertheless, the invention is based on 63) to the connecting line between the 25 task, a further improvement in the switch-on throttle (30) and that controlled fan way, i.e. an inverter Semiconductor switching element (22 or 23) connected to create compared to known inverters sen is that of the not with the diode (50 or the specified type with an equally simple structure 58) connected pole of the DC voltage source and comparable dimensions and weights connected (Fig. 4, 6, 7). 3 ° higher rated power with better efficiency 2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch möglicht.2. Inverter according to claim 1, thereby made possible. gekennzeichnet, daß in Reihe mit jeder Primär- Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mitcharacterized in that in series with each primary According to the invention, this object is achieved with wicklungshälfte (62 bzw. 63) eine mit der Um- einem Wechselrichter der eingangs angegebenen Art. schaltdrossel (30) induktiv gekoppelte Zusatzspule der dadurch gekennzeichnet ist, daß das eine Ende (70 bzw. 71) vorgesehen ist (F i g. 9). 35 jeweils einer Primärwicklungshälfte an die Verbinwinding half (62 or 63) one with the converter of the type specified above. Switching choke (30) inductively coupled additional coil which is characterized in that one end (70 or 71) is provided (FIG. 9). 35 each one primary winding half to the conn dungsleitung zwischen der Umschaltdrossel und demjenigen gesteuerten Halbleiter-Schaltelement ange-connection line between the switching throttle and that controlled semiconductor switching element. schlossen ist, das an den nicht mit der Diodeis connected to the one not with the diode verbundenen Pol der Gleichspannungsquelle ange-40 schlossen ist.connected pole of the DC voltage source is closed. Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter mit Bei dem erfindungsgemäßen Wechselrichter ist inThe invention relates to an inverter with In the inverter according to the invention is in einer an eine Gleichspannungsquelle anzuschließen- die Verbindung zwischen dem einen Ende einer beden Reihenschaltung aus einem ersten gesteuerten trachteten Primärwicklungshälfte und der Mitte der Halbleiter-Schaltelement, einer Umschaltdrossel, an Umschaltdrossel zusätzlich die bei der jeweiligen deren Mitte der Ausgangskreis angeschlossen ist, und 45 Halbwelle unbenutzte Hälfte der Umschaltdrossel einem zweiten gesteuerten Halbleiter-Schaltelement, eingeschaltet. Deren Induktivität bewirkt eine starke je einem zwischen dem Ausgangskreis und einem der Herabsetzung der auf die Umschaltenergie zurück-PoIe der Gleichspannungsquelle angeschlossenen Kon- zuführenden Anteile des Rückstroms und damit der densator, und einer Energierückführungsschaltung, Strombelastung der gesteuerten Halbleiter-Schaltdie einen zur Rücklieferung von Umschaltenergie aus 50 elemente wie auch der zur Rückstromableitung dieder Umschaltdrossel dienenden Transformator auf- nenden Dioden. Dadurch steigt bei gegebener Nennweist, dessen jede Primärwicklungshälfte mit ihrem belastbarkeit der gesteuerten Halbleiter-Schalteleeinen Ende mit der Mitte der Umschaltdrossel und mente die Nennleistung des Wechselrichters erheblich mit ihrem anderen Ende über eine in Sperrichtung an; so erhöht sich bei einem serienmäßigen gepolte Diode mit dem entsprechenden Pol der 55 Wechselrichtertyp durch die Anwendung der vor-Gleichspannungsquelle und dessen Sekundärwicklung liegenden Erfindung die Nennleistung von 70 kVA auf über Trenndioden mit den Polen der Gleichspan- 100 kVA, also um mehr als 40%. Besonders übernungsquelle verbunden ist. raschend ist es dabei, daß dieser beträchtliche Fort-one to be connected to a DC voltage source - the connection between one end of a beden Series connection of a first controlled primary winding half and the middle of the Semiconductor switching element, a switch-over throttle, on the switch-over throttle in addition to the one for the respective the middle of which the output circuit is connected, and 45 half-wave unused half of the switching throttle a second controlled semiconductor switching element, switched on. Their inductance causes a strong one each between the output circuit and one for the reduction of the switching energy back-PoIe the direct voltage source connected to the supplying components of the return current and thus the capacitor, and an energy feedback circuit, current load of the controlled semiconductor switch die one for the return of switching energy from 50 elements as well as one for the return current dissipation Switching choke serving transformer absorbing diodes. This increases for a given nominal value, each primary winding half with its resilience of the controlled semiconductor switching lines End with the middle of the switching choke and mente the nominal power of the inverter considerably at its other end via one in the blocking direction; so increases with a standard polarized diode with the corresponding pole of the 55 inverter type through the application of the pre-DC voltage source and its secondary winding, the nominal power of 70 kVA to over isolating diodes with the poles of the DC voltage 100 kVA, so by more than 40%. Especially source of accommodation connected is. it is surprising that this considerable progress Ein Wechselrichter der beschriebenen Art ist aus schritt mit einer reinen Schaltmaßnahme, also ohne der schwedischen Patentschrift 195 003 (ausgelegt 60 Verwendung zusätzlicher Bauteile, erzielt wird,
am 6. 7. 1964) bekannt. Er bietet gegenüber anderen Es lag nicht nahe, in den Rückführungspfad vorbekannten Wechselrichtern den Vorteil, daß die bei handene Schaltelemente einzubeziehen, die an dem jeder Kommutierung in der Umschaltdrossel auf- Rückführvorgang selbst nicht beteiligt sind, weil sie gebaute Umschaltenergie weitgehend in die Gleich- in dem für die jeweils andere Halbwelle vorgesehenen Spannungsquelle zurückgeliefert und die Strombe- 65 Schaltungsteil liegen. Auch die allgemeine Lehre der lastung der gesteuerten Halbleiter-Schaltelemente und genannten schwedischen Patentschrift 195 003 legt der Dioden verringert wird, so daß bei gegebener eine derartige Maßnahme nicht nahe; denn diese all-Nennbelastbarkeit der Halbleiter-Schaltelemente die gemeine Lehre sagt ausdrücklich aus, daß man die
An inverter of the type described can be achieved from step with a pure switching measure, i.e. without the Swedish patent specification 195 003 (designed 60 using additional components,
on July 6, 1964). It offers the advantage over other known inverters that the existing switching elements are included in the feedback path, which are not involved in each commutation in the switching throttle because they largely convert the switching energy built into the rectification is returned to the voltage source provided for the other half-wave and the current circuit part is located. The general teaching of the load on the controlled semiconductor switching elements and the above-mentioned Swedish patent 195 003 suggests that diodes are reduced, so that such a measure is not suggested for a given; because this all-nominal load capacity of the semiconductor switching elements the common teaching expressly states that one can
DE19661513736 1965-02-11 1966-01-08 Inverter Expired DE1513736C3 (en)

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US43182565 1965-02-11
DEB0085318 1966-01-08

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