DE1563184C - Dreiphasen-Wechselrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dreiphasen-Wechselrichter zum Antrieb des Synchronmotors eines Fernseh-Filmabtasters mit sechs steuerbaren Halbleiterventilen, die in drei parallelen Zweigen mit je zwei Ventilen und einer dazwischenliegenden mittelangezapften Drossel in Reihe an der Gleichstromquelle liegen, wobei jedem Halbleiterventil die Reihenschaltung eines Löschventils und eines Löschkondensators parallel geschaltet ist und der Verbindungspunkt von Löschventil und Löschkondensator über einen Vorwiderstand an eine weitere Gleichstromquelle angeschlossen ist, so daß der Dreiphasenstrom an den Mittelanzapfungen der Drosseln abnehmbar ist.

Bei einem bekannten Dreiphasen-Wechselrichter (ETZ-A, 1966, H. 18, S. 653 bis 658) werden die steuerbaren Halbleiterventile so gezündet, daß jeweils immer nur zwei Ventile gleichzeitig leitend sind (je eins für Hin- und Rückfluß). Dadurch wird der Strom im Verbraucher bei Umschaltung der Phasen jeweils kurzzeitig unterbrochen. Das hat den Nachteil, daß während des Betriebes durch die Unterbrechung des Stromes dauernd Strom- und Spannungsspitzen auftreten, die zu Störungen auch in anderen Teilen der Schaltung bzw. in anderen angeschlossenen elektrischen Geräten führen können.

Zur Vermeidung dieses Nachteils sind auch schon Wechselrichter bekannt (österreichische Patentschrift 245 692, deutsche Patentschrift 732 964), bei denen während eines Teiles der Periode jeder Phase jeweils mehr als zwei Ventile leitend sind. Diese haben jedoch den Nachteil, daß Gegenspannungsspitzen die Löschung der Ventile verursachen können.

Es ist ferner an sich bekannt (Sonderdruck der AEG, Z 32/RGF 57092, Informations-Mappe 38/10, ίο August 1961, S. 8/9, Bild 14 e), daß die der Zündelektrode eines steuerbaren Halbleiterventils zugeführten Zündimpulse während der Leitperiode aus einer Folge von Einzelimpulsen bestehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Dreiphasenwechselrichter zum Antrieb des Synchronmotors eines Fernseh-Filmabtasters anzugeben, bei dessen Betrieb weder beim Umschalten der Phasen noch durch Störimpulse beliebigen Ursprungs Bildstandsänderungen und damit Störungen im Fernsehbild an allen Wiedergabeorten erfolgen.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender teilweise einzeln für sich bekannter Merkmale:

a) Während je 30° der Periode jeder Phase sind abwechselnd zwei und drei Ventile leitend;

b) der der jeweiligen Zündelektrode des Halbleiterventils zugeführte Zündimpuls besteht aus einer Folge von horizontalfrequenten Einzelimpulsen, welche während je 120° der Periode an die je-

weilige Zündelektrode angelegt sind;

c) jedem Löschventil wird erst dann ein vertikalfrequenter Zündimpuls zugeführt, wenn das entsprechende Halbleiterventil während 150° der Periode leitend war.

Der erfindungsgemäße Wechselrichter bietet also den Vorteil, daß bei der zyklischen Kommutierung immer wenigstens zwei Halbleiterventile leitend sind, so daß der Strom in der Motorwicklung niemals vollständig unterbrochen wird und daher keine Schaltspannungsspitzen auftreten können. Das bewirkt eine gleichmäßigere Motordrehwinkeländerung, wodurch ein ruhigerer Bildstand des Fernseh-Filmabtasters (wegen der kleineren Winkelsprünge) erreicht wird.

Außerdem hat die Zuführung der Folge von horizontalfrequenten Einzelimpulsen in an sich bekannter Weise den Vorteil, daß die Ventile, die während der Stromflußzeit innerhalb einer Periode durch Gegenspannungsspitzen eventuell gelöscht werden könnten,

sofort durch den nächstfolgenden Einzelimpuls wieder gezündet werden. Dadurch werden ungewollte Fehllöschungen (durch Störimpulse beliebigen Ursprungs) vermieden, welche Bildstandsänderungen, d. h. Störungen im Fernsehbild, an allen Wiedergabeorten

hervorrufen würden. Dadurch, daß die Zündimpulse für die Halbleiterventile jeweils aus einer Folge von horizontalfrequenten Impulsen und die Zündimpulse für die Löschventile aus vertikalfrequenten Impulsen bestehen, können keine Interferenzen auftreten, die in den Schirmbildern der angeschlossenen Empfänger eine Streifenbildung verursachen würden.

Außerdem ist der Aufwand für die Impulsübertrager wegen der horizontalfrequenten Impulse klein und die thermische Belastung der Halbleiterventile günstiger.

Durch das Anlegen der Folge von Einzelimpulsen während je 120° der Periode an die jeweilige Zündelektrode wird der Generator, welcher die Einzel-

impulsfolge liefert, vorteilhafterweise gleichmäßig belastet, wodurch ebenfalls ein ruhiger Bildstand erreicht wird.

Zur Vermeidung von Störungen in der Betriebsweise des Dreiphasen-Wechselrichters ist es vorteilhaft, zwischen Mittelanzapfung der Drosseln und den beiden Klemmen der Gleichstromquelle in an sich bekannter Weise je eine Schutzdiode mit solcher Polarität vorzusehen, daß sie normalerweise gesperrt, bei auftretenden Überspannungen, die höher sind als die Spannung der Gleichstromquelle, jedoch leitend sind. Dadurch werden Spannungssspitzen verhindert, die während des Hochlaufens bzw. bei Laststößen des Synchronmotors des Filmabtasters auftreten können und die Halbleiterventile infolge Polaritätswechsels der Spannungen löschen würden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles eines Dreiphasen-Wechselrichters nach der Erfindung und eines in Fig. 2 dargestellten Arbeitsdiagramms dieses Wechselrichters näher erläutert, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Teile dargestellt sind.

Der in F i g. 1 gezeigte Dreiphasen-Wechselrichter besteht aus drei parallelen Zweigen mit je zwei Halbleiterventilen 1 und 2, 3 und 4, 5 und 6 und einer jeweils zwischen den Ventilen liegenden mittelangezapften Drossel 7, 8, 9, wobei die Zweige an die beiden Klemmen 11 und 12 einer Gleichstromquelle Ό β angeschlossen sind. Die Mittelanzapfungen 13, 14, 15 sind je über eine weitere Drossel 16, 17, 18 mit den Ausgangsklemmen 21, 22, 23 für die drei Phasen/?, S, T des Dreiphasen-Wechselrichters verbunden.

Parallel zu den genannten Halbleiterventilen 1 bzw. 2, 3 bzw. 4, 5 bzw. 6 liegt je ein Löschkreis, bestehend aus einem Löschventil 24 bzw. 25, 26 bzw. 27, 28 bzw. 29 und einem Löschkondensator 31 bzw. 32, 33 bzw. 34, 35 bzw. 36, wobei die Verbindungspunkte zwischen Löschventil und Löschkondensator über einen Vorwiderstand 37 bzw. 38, 39 bzw. 41, 42 bzw. 43 an weitere Gleichstromquellen U_{B ί} bzw. Uβ ₂ angeschlossen sind.

An die Ausgangsklemmen 21, 22, 23 ist die in Dreieck geschaltete Läuferwicklung 44, 45, 46 eines Drehstrommotors 47 (Synchronmotor eines Fernseh-Filmabtasters) angeschlossen. Die Ständerwicklung 51, 52, 53 dieses Motors 47 ist an ein Motorschaltgerät 54 angeschlossen, welches die Ständerwicklung bei Anlauf des Motors bzw. bei asynchronem Lauf an ein Widerstandsnetzwerk und bei synchronem Lauf an eine Gleichspannung schaltet.

Zur Erzeugung des Drehstromes werden die Halbleiterventile 1 bis 6 durch Zündimpulse, die ihren Zündstrecken (Zündelektroden-Kathoden-Strecke) zugeführt werden, zyklisch in den leitenden Zustand gesteuert. Die Löschung der Halbleiterventile erfolgt bei Zündung der Löschventile 24 bis 29, wodurch kurzzeitig ein größerer Stromfluß mit entgegengesetzter Polarität dem durch die Halbleiterventile fließenden Strom überlagert wird. Dadurch wird der Haltestromwert des entsprechenden Halbleiterventils unterschritten, und es wird nichtleitend. Der dazu notwendige Gegenstrom wird aus der gespeicherten Energie der aufgeladenen Löschkondensatoren 31 bis 36 entnommen. Die Nachladung der Löschkondensatoren erfolgt über die Vorwiderstände 37 bis 43 aus den weiteren Gleichstromquellen U_{B t} und U_{8 2}.

Diese Anordnung der Löschkreise hat den Vorteil, daß die Umschaltung der Halbleiterventile unabhängig von Eingangsspannungs- und Lastschwankungen erfolgt.

Die zyklische Umschaltung der Halbleiterventile 1 bis 6 soll nun an Hand des in F i g. 2 dargestellten Arbeitsdiagramms näher beschrieben werden.

Es sei angenommen, daß das Halbleiterventil 1 im

Punkt 101 gezündet wird. Gleichzeitig sind noch die

ίο Halbleiterventile 5 — gezündet bei 105 — und 4

— gezündet bei 104 — leitend. Es fließt also ein Strom von + U_B über das Halbleiterventil 1 nach Klemme 21 und über die Motorwicklung 44 über Klemme 22 und Halbleiterventil 4 nach — U_B.

Außerdem fließt ein Strom von + U_B über das Halbleiterventil 5 nach Klemme 23 und über die Motorwicklung 46 ebenfalls über Klemme 22 und Halbleiterventil 4 nach — U_B.

Nach dem Verlauf von 30° der Periode wird das Halbleiterventil 5 durch Zündung des Halbleiterventils 28 — bei 128 — gesperrt, und es sind nun nur noch die Halbleiterventile 1 und 4 leitend. Nach weiteren 30° der Periode wird das Halbleiterventil 6

— bei 106 — gezündet, so daß nunmehr die HaIbleiterventile 1, 4 und 6 leitend sind. Nach Ablauf von weiteren 30° der Periode wird durch Zündung des Löschventils 27 — bei 127 — das Halbleiterventil 4 gesperrt, so daß nun die Halbleiterventile 1 und 6 leitend sind. Nach weiteren 30° der Periode wird das Halbleiterventil 3 — bei 103 — gezündet. Somit sind wiederum drei Halbleiterventile, und zwar 1, 3 und 6, leitend. Nach Ablauf von weiteren 30° der Periode wird schließlich das Halbleiterventil 1 durch Zündung des Löschventils 24 — bei 124 — gesperrt.

Dieser Vorgang wiederholt sich zyklisch, wie man an Hand des Diagramms leicht erkennen kann, wobei jeweils die runden Zeichen die Zündung des entsprechenden Halbleiterventils und die quadratischen Zeichen die Zündung des entsprechenden Löschventils und damit die Löschung des entsprechenden Halbleiterventils angeben.

Bei diesem Vorgang ist wichtig, daß nach dem Löschen beispielsweise des Halbleiterventils 1 das in Serie liegende Halbleiterventil 2 um etwa 30° verzögert geschaltet wird. Das ist notwendig, damit in dem gerade gelöschten Halbleiterventil 1 die volle Sperrfähigkeit wieder erreicht wird und alle Überschwingvorgänge in den vorhandenen Induktivitäten abgeklungen sind.

Wie eingangs schon ausgeführt und im Diagramm angedeutet, bestehen die Zündimpulse für die Halbleiterventile 1 bis 6 mit ihren Zündeinsätzen 101 bis 106 aus einer Folge von horizontalfrequenten Einzelimpulsen, die während 120° der Periode andieZünd-

strecken der einzelnen Halbleiterventile gegeben werden. Diese Einzelimpulse sind deshalb wichtig, da eventuelle, vom Motor 47 erzeugte Rückspannungen die Halbleiterventile während der ersten 90° der Periode löschen könnten. Nach Erreichen der Amplitude des erzeugten Stromes besteht die Gefahr kaum noch. Man brauchte also die Einzelimpulse jeweils nur während der ersten 90° der Periode anzulegen. Da aber eine gleichmäßige Belastung des Einzelimpulsgenerators günstiger ist, werden diese Einzelimpulse

jeweils während 120° der Periode an die Zündstrecke der Halbleiterventile gelegt, so daß der Generator während der gesamten Periode Impulse konstanter Amplitude abgeben kann. Die Zündimpulse für die

Löschventile sind vertikalfrequente Einzelimpulse mit einer durch die Pfeillänge in F i g. 2 angedeuteten Dauer (etwa 200 με).

Zur Vermeidung von Störungen in der Betriebsweise des Dreiphasen-Wechselrichters sind außer den weiteren Drosseln 16, 17, 18 an die Mittelanzapfungen 13, 14, 15 je zwei in Sperrichtung betriebene Dioden 61 und 62, 63 und 64, 65 und 66 geschaltet, für die die weiteren Drosseln 16, 17, 18 als Vorwiderstände wirken. Diese Dioden werden immer dann leitend, wenn die Spannung an der Mittelanzapfung höher wird als die Spannung der Stromquelle U_B. Dies kann z. B. eintreten während des Anlaufens oder bei Laststößen des Motors 47. Dann würde nämlich bei Fehlen der Dioden 61 bis 66 infolge des Polaritätswechsels der Spannung an der Anoden-Kathoden-Strecke der Halbleiterventile 1 bis 6 eine unbeabsichtigte Löschung der Ventile erfolgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Dreiphasen-Wechselrichter zum Antrieb des Synchronmotors eines Fernseh-Filmabtasters mit sechs steuerbaren Halbleiterventilen, die in drei parallelen Zweigen mit je zwei Ventilen und einer dazwischenliegenden mittelangezapften Drossel in Reihe an einer Gleichstromquelle liegen, wobei jedem Halbleiterventil die Reihenschaltung eines Löschventils und eines Löschkondensators parallel geschaltet ist und der Verbindungspunkt von Löschventil und Löschkondensator über einen Vorwiderstand an eine weitere Gleichstromquelle angeschlossen ist, so daß der Dreiphasenstrom an den Mittelanzapfungen der Drosseln abnehmbar ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender teilweise einzeln für sich bekannter Merkmale:

a) Während je 30° der Periode jeder Phase sind abwechselnd zwei und drei Ventile leitend;

b) der der jeweiligen Zündelektrode des Halbleiterventils zugeführte Zündimpuls besteht aus einer Folge von horizontalfrequenten Einzelimpulsen, welche während je 120° der Periode an die jeweilige Zündelektrode angelegt sind;

c) jedem Löschventil wird erst dann ein vertikalfrequenter Zündimpuls zugeführt, wenn das entsprechende Halbleiterventil während 150° der Periode leitend war.

2. Dreiphasen-Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Mittelanzapfung (13, 14, 15) der Drosseln (7, 8, 9) und den beiden Klemmen (11, 12) der Gleichstromquelle (JJ_B) je eine Schutzdiode (61, 62 bzw. 63, 64 bzw. 65, 66) mit solcher Polarität vorgesehen ist, daß sie normalerweise gesperrt, bei auftretenden Überspannungen, die höher sind als die Spannung der Gleichstromquelle, jedoch leitend sind.