DE1613774B2

DE1613774B2 - Wechselrichter

Info

Publication number: DE1613774B2
Application number: DE1613774A
Authority: DE
Inventors: Arne Havnbjerg Jensen; Tom Katrup Petersen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1968-02-15
Filing date: 1968-02-15
Publication date: 1979-01-04
Also published as: DE1613774A1; FR2001942A1; US3559034A; GB1262345A; DE1613774C3; CH495078A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselrichter veränderbarer Spannungsamplitude, bei dem zwischen zwei Gleichspannungs-Versorgungsleitungen, in Reihe mit einer Kurzschlußimpedanz und parallel zueinander, mindestens zwei Zweige, die je zwei in Reihe liegende steuerbare Gleichrichter, wie Thyristoren, und diesen jeweils zugeordnete Freilaufdioden aufweisen, und eine gemeinsame Umschwing-Löschschaltung geschaltet ist, die aus einer Reihenverbindung einer in Durchlaßrichtung gepolten Diode mit einer Parallelkombination aus einem steuerbaren Löschgleichrichter, einem Kommutierungskondensator und einer Umladedrossel besteht, von denen der Kommutierungskondensator und der steuerbare Löschgleichrichter gemeinsam an einer der Gleichspannungs-Versorgungsleitungen liegen. <>«

Bei einem bekannten Wechselrichter dieser Art (BE-PS 6 36 058), bei dem die Gleichspannungs-Versorgungsleitungen konstante Gleichspannung führen und die veränderbare Spannungsamplitude des Wechselrichters durch innerhalb einer Periode veränderbare <"> Durchlaßzeiten der steuerbaren Gleichrichter erzielt wird, wird der Kommutierungskondensator über eine Diode direkt von dieser Gleichspannung aufgeladen.

Für jeden Löschvorgang steht daher ein definierter Kondensatorstrom zur Verfügung.

Bei einem Wechselrichter mit konstanter oder veränderbarer Speise-Gleichspannung ist es auch bekannt, den Ladekondensator von einer Hilfsspannungsquelle, die gegensinnig zur Speisespannung gepolt ist, aufzuladen, wobei die Aufladung über einen weiteren steuerbaren Gleichrichter und eine Drossel erfolgt (DE-AS 12 33 471).

Zum Stand der Technik gehört auch ein mit konstanter Gleichspannung gespeister Wechselrichter (FR-PS 14 40 516), der zwei Gruppen von sechs gesteuerten Gleichrichtern aufweist, denen je ein zum Löschen ansprechender gesteuerter Gleichrichter antiparallel geschaltet ist. Zwischen den Gleichspannungs-Versorgungsleitungen ist eine Umschwing-Löschschaltung vorhanden, bei der ein Kommutierungskondensator und ein steuerbarer Löschgleichrichter gemeinsam an einer der Gleichspannungs-Versorgungsleitungen liegen und bei der die Umladedrossel mit dem Kommutierungskondensator eine Reihenschaltung bildet, die den mit einer Diode unmittelbar in Reihe liegenden Löschgleichrichter überbrückt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem trotz Speisung mit veränderbarer Gleichspannung eine gemeinsame Löschung aller steuerbaren Gleichrichter bei geringem Aufwand mit großer Sicherheit erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Speisung der Gleichspannungs-Versorgungsleitungen mit veränderbarer Gleichspannung die Umladedrossel mit dem Kommutierungskondensator eine Reihenschaltung bildet, die den mit der Diode unmittelbar in Reihe liegenden Löschgleichrichter überbrückt, und daß die mit der Umladedrossel verbundene Seite des Kommutierungskondensators über einen Widerstand an einen Pol einer zu der genannten Gleichspannung gleichsinnig gepolten Gleichspannungsquelle konstanter Spannung gelegt ist, deren anderer Pol mit der Kommutierungskondensator und Löschgleichrichter gemeinsamen Gleichspannungs-Versorgungsleitung verbunden ist.

Hierbei steht unabhängig von der Höhe der dem Wechselrichter zugeführten Gleichspannung eine ausreichende Kondensatorladung zur Löschung zur Verfugung. Ohne die Verwendung eines weiteren Schaltkreises ist sichergestellt, daß der Kondensator stets so weit nachgeladen wird, daß der zum Löschen erforderliche Umschwingvorgang genügend schnell und mit hinreichender Stromstärke vor sich geht. Außerdem stellt der Kommutierungskondensator und die Umschwingdrossel einen Parallelschwingkreis dar. Überdies wird nach dem öffnen des Löschgleichrichters praktisch ein Kurzschluß zwischen den beiden Versorgungsleitungen hergestellt, der es erlaubt, die steuerbaren Arbeitsgleichrichter mit möglichst geringem Strom zu löschen.

Günstig ist es, wenn bei Speisung der Gleichspannungs-Versorgungsleitungen über einen Reihen-Spannungsregler aus einer Quelle konstanter Gleichspannung der Widerstand an einen Punkt zwischen Gleichspannungsquelle und Spannungsregler angeschlossen ist. Es genügt daher eine einzige Spannungsquelle, die sowohl den Wechselrichter über den Reihen-Spannungsregler, mit veränderbarer Gleichspannung als auch den Kommutierungskondensator

über den genannten Widerstand mit konstanter Gleichspannung versorgt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild für einen erfindungsgemäßen Wechselrichter und

F i g. 2 ein Zeitdiagramm der Strom- und Spannungsverläufe.

Den Anschlußklemmen 1 und 2, denen die Versorgungsleitungen 3 und 4 zugeordnet sind, wird eine Gleichspannung von 600 Volt zugeführt. In der Versorgungsleitung 3 ist ein Spannungsregler 5 und eine Kurzschlußimpedanz in der Gestalt eines Transformators TX angeordnet. Zwischen die Versorgungsleitungen 3 und 4 sind drei Zweige geschaltet, die jeweils aus der Reihenschaltung zweier steuerbarer Gleichrichter EX und £2, E3 und E4, E5 und £6 mit zwischengeschalteter Drossel LX, L 2 und L 3 bestehen. An den Mittelanzapfungen dieser drei Drosseln zweigen die drei Phasen U, Kund Weines Dreiphasennetzes ab.

Jedem Zweig sind zwei Freilaufdioden DX und D 2, D 3 und D4, D5 und D 6 zugeordnet, die mit Bezug auf die zugehörigen steuerbaren Gleichrichter EX-E6 entgegengesetzte Polarität haben. Im ersten Zweig ist die Kathode der ersten Freilaufdiode D X mit der Anode des ersten steuerbaren Gleichrichters EX und die Anode der ersten Freilaufdiode D X mit der Anode des zweiten steuerbaren Gleichrichters E2 sowie die Kathode der zweiten Freilaufdiode D 2 mit der Kathode des ersten steuerbaren Gleichrichters EX und die Anode der zweiten Freilaufdiode D 2 mit der Kathode des zweiten steuerbaren Gleichrichters verbunden. Anders ausgedrückt überbrückt die Freilaufdiode D X die Drossel L X und den steuerbaren Gleichrichter E X und die Freilaufdiode D 2 überbrückt die Drossel LX und den steuerbaren Gleichrichter E2. Die anderen beiden Zweige sind entsprechend geschaltet.

Zur Löschschaltung gehört eine Reihenschaltung einer Diode D 7 und eines steuerbaren Löschgleichrichters E7, die zwischen den Versorgungsleitungen 3 und 4 liegt. Der Löschgleichrichter El ist durch eine Reihenschaltung eines Kommutierungskondensators CX und einer Umladedrossel L4 überbrückt. An die Verbindungsstelle 6 zwischen CX und L 4 ist ein Widerstand R X angeschlossen, dessen anderes Ende mit der Klemme 1, also mit der Quelle konstanter Gleichspannung, verbunden ist.

Ein Steuergerät 7 gibt über seinen Ausgang 8 Steuerimpulse für den Löschgleichrichter El und über seine Ausgänge 9 Steuerimpulse zum Zünden der steuerbaren Gleichrichter EX — E6 ab. Durch die Eingangsleitungen tO ist angedeutet, daß die Arbeitsfrequenz des Wechselrichters spannungsabhängig gesteuert wird, beispielsweise derart, daß ein angeschlossener Drehstrommotor immer eine konstante Magnetisierung erhält. Die Steuerimpulse am Ausgang 8 treten sechsmal während jeder Periode auf. Über die Ausgänge 9 können einzelne Impulse in der gewünschten Folge oder auch Impulszüge über die gewünschte Zündzeit abgegeben werden.

Die Sekundärwicklung des Transformators TX und eine Diode DS dienen dazu, die während der Kommutierung gespeicherte magnetische Energie durch Rückleitung in das Filtersystem des Spannungsreglers zurückzugewinnen.

Nachstehend wird der Löschverlauf beschrieben, wobei die mit kleinen Buchstaben bezeichneten Zeitpunkte im Zeitdiagramm der Fig. 2 nacheinander betrachtet werden. Hierbei gelten die in Fig. 1 eingetragenen Richtungssinne. Hierbei wird vorausgesetzt, daß gerade die Gleichrichter £1, £4 und £6 gezündet seien.

a) Der Kondensator CX wird bis 600 Volt aufgeladen. Die Spannung Uj an den Zweigen des Wechselrichters ist durch den Regler 5 festgelegt. Die Ströme It \ und /wsind gleich.

ίο b) Der Löschgleichrichter £7 erhält den Steuerimpuls und zündet. Die Spannung U₃ geht angenähert auf Null. Der Strom fr\ steigt an und der Strom Iw nimmt ab. Die Differenz AI dieser beiden Ströme fließt über die Diode Dl und den Löschgleichrichter £7. Der Kondensator CX beginnt sich im Kreis / im Sinne einer Schwingung zu entladen. Dies beginnt mit ansteigendem Strom Ia und abnehmender Spannung Ua.

c) Der Kondensatorstrom /ei wechselt das Vorzeichen und die Kondensatorspannung Uc ι hat ihren größten negativen Wert erreicht.

d) Der negative Wert des Kondensatorstromes Ia wird größer als der über die Diode Dl zugeführte Stromdifferenz AI. Demzufolge sperrt der Löschgleichrichter £7. Der Strom /ei teilt sich nunmehr auf die drei Zweige auf und fließt über den Kreis II, der nur für den ersten Zweig angedeutet ist. Hierbei sind lediglich die Diodenspannungsabfälle zu überwinden. Der Weg über die steuerbaren Gleichrichter ist möglich, da diese zuvor schon den Motorstrom führten. Der noch fließende Strom Al wird vom Kondensator C1 aufgenommen.

e) Sobald der Teil des Stromes /ei, der durch den steuerbaren Gleichrichter £1 fließt, entgegengesetzt gleich dem Strom Iw wird, geht dessen Strom Ie ι durch Null und der steuerbare Gleichrichter E X sperrt. Entsprechendes gilt für die Gleichrichter £4 und £6. Der Strom Ic ι wird dann gezwungen, seinen Weg längs des Kreises W zu nehmen, d.h.

statt durch den Gleichrichter EX über die Drossel L X und die Diode D X und entsprechend in den anderen Zweigen. Hierdurch ergibt sich eine negative Spannung an sämtlichen steuerbaren Gleichrichtern EX —El, was den Löschzustand

4^r> unter allen Umständen sichert. Die Spannung Ui

wird hierbei negativ. Auch der vom angeschlossenen Motor erzwungene Strom fließt nunmehr über die Drosseln und die Freilaufdioden.

f) Nach dem Löschen der Gleichrichter £1, £4 und )0 £6 kann eine neue Gleichrichterkombination

gezündet werden. Der dann noch fließende Kondensatorstrom /ei läuft dann unter Umgehung der Drossel wieder durch die gezündeten Gleichrichter. Wegen des geringen Diodenspannungsabfalls ist dabei Ui annähernd Null.

g) Der Strom /ei geht gegen Null. Die Spannung Ui steigt an. Der dann noch fließende Strom Ic ι stellt lediglich den Nachladestrom des Kondensators über die Diode Dl bzw. über den Widerstand R X

ίο dar.

h) Der Löschverlauf ist beendet. Die Spannung Ui verbleibt noch kurze Zeit auf einem höheren Wort als dem Ausgangswert. Dies hat seinen Grund darin, daß die Sekundärwicklung von TX gespei-

: . cherte magnetische Energie unter Ausnutzung der

Durchlaßrichtung der Diode D 8 in den Regler zurückschickt. Alsdann kehren die Daten der Schaltung auf ihren Normalwert zurück.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wechselrichter veränderbarer Spannungsamplitude, bei dem zwischen zwei Gleichspan- nungs-Versorgungsleitungen, in Reihe mit einer Kurzschlußimpedanz und parallel zueinander, mindestens zwei Zweige, die je zwei in Reihe liegende steuerbare Gleichrichter, wie Thyristoren, und diesen jeweils zugeordnete Freilaufdioden ίο aufweisen, und eine gemeinsame Umschwing-Löschschaltung geschaltet ist, die aus einer Reihenverbindung einer in Durchlaßrichtung gepolten Diode mit einer Parallelkombination.aus einem steuerbaren Löschgleichrichter, einem Kommutierungskondensator und einer Umladedrossel besteht, von denen der Kommutierungskondensator und der steuerbare Löschgleichrichter gemeinsam an einer der Gleichspannungs-Versorgungsleitungen liegen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Speisung der Gleichspannungs-Versorgungsleitungen (3, 4) mit veränderbarer Gleichspannung die Umladedrossel (LA) mit dem Kommutierungskondensator (Ci) eine Reihenschaltung bildet, die den mit der Diode (D 7) unmittelbar in Reihe liegenden Löschgleichrichter (E 7) überbrückt, und daß die mit der Umladedrossel (L 4) verbundene Seite des Kommutierungskondensators über einen Widerstand (R 1) an einen Pol einer zu der genannten Gleichspannung gleichsinnig gepolten Gleichspannungsquelle (1) konstanter Spannung gelegt ist, deren anderer Pol mit der Kommutierungskondensator und Löschgleichrichter gemeinsamen Gleichspannungs-Versorgungsleitung (4) verbunden ist.

2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Speisung der Gleichspannungs-Versorgungsleitungen (3, 4) über einen Reihen-Spannungsregler (5) aus einer Quelle (1) konstanter Gleichspannung der Widerstand (R 1) an einen Punkt zwischen Gleichspannungsquelle und Spannungsregler angeschlossen ist.