DE1914875A1

DE1914875A1 - Wechselrichter

Info

Publication number: DE1914875A1
Application number: DE19691914875
Authority: DE
Inventors: Akio Hirata; Nagataka Seki
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1968-03-25
Filing date: 1969-03-24
Publication date: 1970-07-16
Also published as: GB1264538A; US3538419A

Description

PATENTINGENIEURE F.W. HEMMERICH · GERD MDLLER- D. GROSSE 21

DOSS ELDO R F 10 · HOMBERGER S TRASSE 5 Ί l| 1 4 ^ 7 5 ^f

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Toky_o_Shibaura Electric Uo.,_Kawasaki-shi/Japan Ti eel; _Wechselrichter

Die hier vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Wechselrichter, welcher mit einem verbesserten Schaltkreis, versehen ist.

Es darf als bekannt vorausgesetzt werden, daß ein selbsterregender Wechselrichter, in dessen Wechselr.ichterschaltung die Hauptthyristoren derart angeordnet und geschaltet sind, daß ein von einer Stromquelle abgenommener Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt und dann auf einen Belastungskreis geschaltet wird, 'derart konstruiert und ausgelegt ist, daß die Entladung der in dem zum Wechselrichter gehörenden Kondensator gespeicherten elektrischen Energie eine Stromumschaltung durch die Thy ristoren herbeiführt. Im allgemeinen ist der Haupteil des Schaltkreises, welcher die Umschaltenergie auf die Hauptthyristoren zu schalten hat, ein Schwingkreis, zu welchem der vorerwähnte Kondensator und eine Induktionsspule gehören. Die derart angeordneten und geschalteten Wecnselvorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie eine hohe Strombelastbarkeit, die sich auf die Kosten der gesamten Wecnselrichtervorrichtung auswirkt, deshalb erforderlich machen, weil der durch die Entladung des zürn Scnaltkreis gehörenden Kondensators hervorgerufene Schwingstrom durch die Hauptthyristoren fließt.

Die Wechselrichtervorrichtungen, beispielsweise die JvicMurray-Bedford-Schaltung" von F.W. Gutzwiller und anderen, welche im "Silicon Controlled Rectifier Manual (Handbuch über gesteuerte Siliziurngleichrichte^", dritte Auflage 1964, Seite 161-162, herausgegeben von der General Electric, beschrieben wird, besitzen im allgemeinen

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eine Brückenschaltung. Der Nachteil einer derartigen Brückenschaltung liegt jedoch darin, daß ein Teil der durch Kondensatorentladung hervorgerufenen Urnschaltenergie über die für die Umschaltung eingeschalteten Thyristoren in den Kurzschlußifcreis der vorerwähnten Induktionsspule abgeleitet wird, so daß es zu einem nutzlosen Verbrauch und damit zu Umschaltverl-usten kommt. Je größer der durch die Hauptthyristoren fließende Belastungsstrom ist, desto größer ist auch der Bedarf an Umschaltenergie. Soll als Last beispielsweise ein Induktionsmotor angehängt werden, dann sollte die Kapazität des Kondensators so groß sein, daß im Augenblick des Anfahrens eine hohe Umschaltenergie abgegeben werden kann, und umschaltfehler vermieden werden können. Eine außergewöhnlich hohe Kondensatoricapazitat würde aber die Umschaltleistung bei normalen Betrieb verringern, die Umschaltzeit verlängern und im Hochfrequenzbereich zu Umschaltfehlern führen.

Zur Abstellung dieser Nachteile ist vorgeschlagen worden, die Umschaltenergie durch Herabsetzung der Kondensatorkapazität und durch Anhebung der von einer Stromquelle aus aufgeschalteten Gleichspannung anzuheben. Durch die von der Stromquelle aus aufgeschaltete höhere Gleichspannung wird jedoch der Wechselrichterbetrieb oder die Wechseirichterf unk tion bei ni'edrigen Spannungen oder aber die Steuerung der Veränderungen im Belastungsstromkreis beeinträchtigt. Besonders dann, wenn die Frequenz eines auf einen Wechselstrommotor geschalteten Wechselstromes gesteuert und geregelt werden soll, wenn die Gleichspannung in Übereinstimmung mit der Wechselstrom

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verändert werden soll, wird es wahrscheinlich zu den vorgenannten Scnwierigkeiten komme α.

Die nier vorliegende Erfindung zielt deshalb darauf ab, einen .Viechseirichter zu schaffen, welcher die Umschaltung fehlerfrei unter Verwendung eines Kondensators mix.einer geringen Kapazität durchführen kann, und zwar ohne die Aufschaltung einer größeren Gleichspannung von einer Stromquelle aus.

Ein anderes Ziel der hier vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines kostengünstigen Wechselrichters, welcher die Hauptthyristoren umschalten kann,ohne daß' dabei der durch den zum Schaltkreis gehörenden Kondensator hervorgerufene Schwingstrom bei der tntladung des Kondensators durch die Hauptthyristoren fließt, so daß diese Hauptthyristoren nur eine vom Belastungsstromabningige Strombelastbarkeit zu haben brauchen.

Ein weiteres Ziel der hier vorliegenden Erfindung isx die Schaffung eines Wechselrichters, der die in einem Umschaltkondensator gespeicherte elektrische Umschaltenergie wirksam ausnutzt und dadurch die Umschaltverluste verringert.

Die hier vorliegende Erfindung zielt zum anderen darauf ab, einen Wechselricnter zu scnaffen, welcher eine Verkürzung der Umschaltzeit und eine Erhöhung der Ausgangsfrequenz -Obergrenze möglich macht.

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Diese und andere Zeile und Eigenschaften der hier vorliegenden Erfindung sind besser zu verstehen, wenn dazu die nachstehend gegebene Besenreibung und die dieser Patentanmeldung beiliegenden Zeichnungen zu Hilfe genommen werden. Im -einzelnen ist:

Fig. 1 ein Schaltplan einer in den Rahmen der hier vorliegenden Erfindung fallenden Wechselrichtervorrientung.

tfig, 2a sind jeweils Wiedergaben von Wellen formen der

-rLg. 2g, ^₁J₁₀J₁ ^₆ Thyristoren der mit Fig. 1 wiederge- r ι g. ο a

-Fig.3c, gebenen Schaltung fließenden Ströme. Fig. 4a
-Fig.4g

Fig. 5 ein Schaltplan eines Dreiphasen-Wechselricnters, zu dem die mit Fig. 1 gegebene V-orrichtung gehört.

Fig. 6 ein Schaltplan einer anderen in den Rahmen der hier vorliegenden Erfindung fallenden Ausfuhrung des Erfindungsgegenstandes.

Fig. 7a sind jeweils Wiedergaben von Wellenforrnen der ⁹' ⁹ durch die Thyristoren der mit Fig. 6 wiedergegebenen Wechselrichtervorriehtung flief3enden Ströme.

Fig. 3 ein Schaltplan eines Dreiphasen-Wechselrichters, zu weichern die mit Fig. 6 dargestellte ■ Vorrichtung gehört.

Fig. 9 ein Schaltplan einer in den Rahmen der hier vorliegenden Erfindung wiederum anderen Aus^· führung der Wechselrichteryorrichtung, ·

Fig. 10 ein Schaltplan einer weiteren Ausführung #it?ef .:^^:;"^; " iTv'den Rahmen der hier vorliegenden.

tollenden Wechselrichte

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Nachstehend soll nun eine Ausführung des Erfindungsgegenstandes unter Verweisung auf Fig. 1 beschrieben werden, welche einen in den Rahmen der hier vorliegenden Erfindung fallenden Einphasen-Wechselrich/ter zeigt. Je nach den erforderlichen Belastungen gibt die mit der Hinweiszahl 1 gekennzeicnnete veränderliche Gleichspannungsquelle eine andere Gleichspannung sb. Die Gleichspannungsquelle 1 kann als Konstantspannungsquel-Ie betrieben werden. Die positive Anschlußklemme der Gleichspannungsquelle ist in der angegebenen Polarität über einen Thyristor 3 und einer diesem Thyristor mit entgegengesetzt gerichteter Polarität parallel geschalteten Diode 4 auf die Steuerleitung, positive Steuerlei cung 2, geführt, während die negative Anschlußklemme der Gleichspannungsquelle 1 mit der negativen Steuer-

leitung des gleichen Schaltkreises, der später noch beschrieben wird, in Verbindung steht. Zwischen den Steuerleicungen 2 und 5 ist eine Reihenschaltung geschaltet, weiche sicn aus einem Umschaltkondensator 6, einer Umscnalt-Induktionsspule 7 sowie aus einem in der angegebenen Polarität geschalteten Thyristor 8 zusammensetzt. Die mit der Hinweiszahl 9 gekennzeichnete der Umschaltung dienende zusätzliche Gleichspannungsquelle 9 ist mit ihrer negativen Anschlußklemme auf die Negativseite der Gleichspannungs-Hauptquelle 1 geschaltet, während die positive Anschlußklemme der GIeichspannungs-Hilfsquelle 9 auf einen zwischen dem Umschaltkondensator 6 und der Umschc.lt-Induktionsspule 7 gelegenen Verbindungspunkt geführt ist, und zwar über eine Reihenschaltung, welcne sich aus einer Umschalt-Induktionsspule 12, abs

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einem in der angegebenen Polarität geschalteten Thyristor 11 sowie aus einer in der angegebenen Polarität geschalteten Diode 10 zusammensetzt. Zwischen die positive Anschlußklemme der Gleichspannungshauptquelle 1 und dem zwischen der Diode 10 und dem Thyristor 11 gelegenen gemeinsamen Verbindungspunkt ist in der angegebenen Polarität eine Diode 13 gescnaltet. Eine Schaltung ähnlcih der hier beschriebenen findet bei der Abschaltung des später noch zu beschreibenden Wechselrichterstromkreises oder der später noch zu beschreibenden Wechselrichterschaltung Verwendung.

Zwischen die Steaerleitungen 2 und 5 ist weiterhin auch die Wechselrichterschaltung geschaltet. Diese Wechselrichterschaltung ist eine zwischen den Steuerleitungen 2 und 5 angeordnete Reihenschaltung, welche sich aus . den in der angegebenen Polarität geschalteten ^auptthyristoren 15 und 16 sowie aus den Hauptthyristoren 17 und 18 zusammensetzt. Zwischen den Kathoden der Hauptthyristoren 15 und 17 ist der-Belastungskreis 14 angeordnet. Mit den Hauptthyristoren 15 und 18 stehen jeweils die entgfegengesetzt parallelgeschalteten Dioden 19 und 22 in Verbindung.

Die Arbeitsweise und Funktionsweise der zuvor beschriebenen Wechselrichter-Anordnung soll nun beschrieben werden. Beim Einschalten des Wechselrichters - in diesem Zustand ist der Umschaltkondensator 6 noch nicht aufgeladen - werden die Thyristoren 3 und 8 eingeschaltet, damit von der Gleichspannungsquelle 1 aus der Umschaltkondensator 6 innder angegebenen Polarität aufgeladen werden kann. Damit Strom in den Belastungskreis 14

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fließen kann, werden auch die auch die Hauptthyristoren 15 und 13 durch Aufschalten .von Impulsen eingeschaltet. Der Strom fließt dabei in Richtung des Pfeiles in den Belastungskreis 14. Nach vollzogener Aufladung des Umschaltkondensators 6 werden die Thyristoren 3 und 3 abgeschaltet. Der Thyristor 11 wird unter diesen Umstanden zu einem vorbestimmten Zeitpunkt eingeschaltet und gibt dann Über einen Strompfad, welcher sich aus dem Kondensator 6, , einem Thyristor 3/ einer Diode 13, einem Thyristor 11, einer Umschalt-Induktionsspule 12 und einem Kondensator 6 zusammensetzt, die Entladung des Kondensators ό frei. Der Thyristor 3 scnaltet dann ab, wenn der Entladungsstrom größter wird als der in Durchlaßrichtung durch den Thyristor 3 fließende Strom. Nach Abschalten des Thyristors 3 wird die Entladung noch über die Diode 4, welche dem Thyristor 3 parallelgeschaltet ist, fortgesetzt. Die Umschalt-Induktionsspule 12 arbeitet jetzt so, daß der Kondensator von ihr mit einer der angegebenen Polarität entgegengesetzt gerichteten Polarifit aufgeladen wird. Ist die Spannung der Gleichspannungshilfs, quelle 9 größer als die der Gleichspannungshauptquelle 1, dann wird der Umschaltkondensator 6 aufgeladen über die Gleichspannungshilfsquelle 9, die Diode 10, den Thyristor 11, die Umschalt-Induktionsspule 12, den Umschaltkondensator 6, die Diode 4 und die Gleichspannungshaupt■? quelle 1. Damit aber lädt die Gleichspannungshilfsquelle 9 den Unischaltkondensator 6 auch dann auf, wenn die Gleichspannungshauptstelle 1 keinen Strom aufschaltet, wobei dann die noch spiter zu beschreibende Umschaltung durchgeführt wird.■

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Der Thyristor 11 wird dann natürlich abgeschaltet, wenn der Unischaltkondensator 6 vollkommen aufgeladen ist, und zwar mit einer Polarität, welche der mit Fig. 1 wiederge-·. gebenen Polarität entgegengesetzt gerichtet ist. Wird die Wechselrichterschaltung andererseits hingegen mit einem Widerstand belastet, dann wird, weil die Thyristoren 3, 8 und 11 abgeschaltet werden, deren Abschaltung dann auch das Abschalten der Hauptthyristoren 15 und folgt, der im Belastungskreis 14 fließende Strom unterbrochen. Im Belastungskreis 14 fließt dann nur ein Urnlaufstrom in Richtung des gestrichelten Pfeiles. Dieser Umlaufstrom verhindert das Abschalten der Hauptthyristoren 15 und 18 . In einem solchen Falle wird deshalb das Abschalten der Hauptthyristoren 15 und 18 in der nachstehend erwähnten Weise durchgeführt. Nachdem der Umschaltkondensaror 6 mit einer der angegebenen Polarität entgegengesetzt gerichteten Polarität vollkommenaufgeladen ist, wird der Thyristor 8 durch Aufschaltung von Impulsen eingeschaltet und veranlaßt eine Kondensatorentladung entweder über einen Strompfad, welcher sich aus dem Umschaltkondensator 6, der Umschalt-Induktionsspule 7, dem Thyristor 8, dem Hauptthyristor 18, der Diode 21 und afern Umschaltkondensator 6 zusammensetzt, oder über einen Strompfad, welcher sich zusammensetzt aus dem Umschaltkondensator 6, aus der Induktionsspule 7, aus dem Thyristor 8 , aus der Diode 20,aus dem Hauptthyristor 15 und aus dem Uiuschaltkondensator 6. Dieser Entladungsstrom tendiert dazu, größer zu sein als der zuvor durch die Hauptthyristoren 15 und 18 fließpende Belastungsstrom. Dadurch aber fä'llt der zuvor

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fließende Strom durch die Hauptthyristoren 15 und 18 * allmählich ab und hört dann auf zu fließen, dabei wird das Einschalten der vorerwähnten Hauptthyristo^en 15 und 18 verhindert. Der Entladungsstrom fließt in diesem Falle weiter durch die Dioden 20, 19, 22 und 21, so daß es in der Durchlaßrichtung der Dioden 19 bis 22 zu einem Spannungsabfall kommt, was die Hauptthyristoren 15 und 18 mit resultierender Abschaltung an eine entgegengesetzt gerichtete Vorspannung legt. ZU diesem Zeitpunkt wird der Kondensator 6 durch Einwirkung der Induktionsspule 7 in der angegebenen Polarität zwischenzeitlich aufgeladen. Nach vollendeter Aufladung des Kondensators 6 wird der Umschaltthyristor 8 natürlich abgeschaltet.

Wenn durch Aufschaltung von Impulsen die Thyristoren 3 und 8 eingeschaltet werden, dann wird der Kondensator 6 weiter über einen aus der Gleichspannungshauptqueile 1, dem Thyristor 3₅ dem Kondensator 6 _s der Induktionsspule 7 und dem Thyristor 8 bestehenden Strompfad aufgeladen, wenn die am Kondensator anstehende Spannung kleiner ist als die der Gleichspannungshauptqueile 1, Werden zu diesem Zeitpunkt durch Aufschaltung von Impulsen die Hauptthyristoren 17 und 16 eingeschaltet, dann wird im Belastungskreis 14 in der dem Pfeil entegegengesetzten Richtung fließen. V/ird unter diesen Umstanden durch Aufschalten von Impulsen der Thristor 11 eingeschaltet, dann wird der Kondensator 6 über den gleichen Strompfad entladen, der bereits zuvor im Hinblick auf das Verhindern des Einschaltens des Thyristors 3 beschrieben.worden ist. Nach Entladung wird der Kondensator von der

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Spannungsquelle aus wieder mit einer der Gleichspannungshilfsquelle 9 entgegengesetzt gerichteten Polarität aufgeladen.Damit aber fällt bei einem widerständsbehafteten Belastungskreis 14 der Belastungsstrom nach dem Abschalten des Thyristors sofort ab und hört dann schließlich auf zu fließen, was dann auch eine Abschaltung der Hauptthyristoren 17 und 16 veranlaßt. Ist der Belastungskreis 14 induktiv, dann fließt ein Umlaufstrom jeweils durch einen geschlossenen Strompfad aus dem Tyhristor 17 und der Diode 19 sowie durch einen Strompfad aus dem Thyristor 16, dem Belastungskreis 14 und der Diode 22. In diesem Fall wird, wie in dem bereits zuvor beschriebenen Fall, der Thyristor 8 eingeschaltet, damit sich der Kondensator 6 entladen kann, und zwar in einer Weise, daß die Polarität des fcintladungsstroines der Polarität des durch die Hauptthyristoren 17 und 16 fließenden Stromes entgegengesetzt gerichtet ist. Es kommt dann zu einem Abschalten dieser Hauptthyristoren 17 und 16. Diese hier beschriebene Funktionsweise bezieht sich auf den Fall, daß die Spannung der Gleichspannungsquelle 1 kleiner ist, die Wellenformen der jeweiligen durch die Thyristoren fließenden Ströme werden mit Fig» 2a bis Fig. 2g wiedergegeben als die Spannung der Gleichspannungshilfsquelle 9., Diese Funktionsweise wird in gleicher Weise wiederholt. Wie bereits zuvor erwähnt, werden, damit sich der Umschaitkondensator 6 aufladen kann - und zwar mit der von der Gleichspannungsquelle 1 aufgeschalteten Energie - die Thyristoren 3 und 8 elngeschaltfetj, dann wird in den Belastungskreis 14 ein Einphasen-Wechselstromgegeben,der die vorgeschriebene Frequenz haU

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PATENTINGENIEURE F. W. HEMMERICH-GERDMOLLER-D. GROSSE 21 DDSSELDORF 10 -HOMBERGER STRASSE S. " 1914875 ~ bh -

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Diese Ausführung des Erfindungsgegenstandes, dieser Wechselrichter ist derart ausgelegt und konstruiert, daß ihm die Umscfraltenergie in jeder gewünschten Höhe aufgeschaltet werden kann, weil der Kondensator 6 wegen des Vorhandenseins der der Umschaltung dienenden Gleichspannungshilfsquelle 9 unabhängig von der Spannung der Gleichspannungshauptquelle 1 aufgeschaltet erhilt. Damit aber erhalt der Kondensator 6 eine genügend große Umschaltenergie auch dann, wean er eine relativ niedrige Kapazität hat. Das wiederum führt zu einer Erhöhung der Umschaltleistung und zu einer spürbaren Verringerung der Umschaltverluste bei Hochfre-. quenzbetrieb. Zudem fließt der von einem Umschaltkreis, welcher sich aus dem Kondensator 6, der Induktionsspule 7 und der Induktionsspule 12 zusammensetzt, abgegebene Schwingstrom nicnt, ,wie dies bei den früheren Wechselrichter-Ausführungen der Fall ist, direkt durch die riauptthyristoren, welche deswegen keine große Strombelastbarkeit haben müssen, so daß die Kosten beträchtlich geringer sind. Die Tatsache, daß unabhängig von der veränderlichen Gleichspannungsnauptquelle 1 und deren Spannung Uinschalcenergie vorhanden ist, ermöglicht zudem aucn den Niederspannungsbetrieb von Wechselrichtern udd die freie Veränderung der Stromquellenspannungbei Spannungsregelung und Spannungssteuerung. Damit aber ist der in den Rahmen der hier vorliegenden Erfindung fallende Wechselrichter geeignet für die Verwendung bei einer Stromzuführung für die Drehzahländerung von Wechselstrommotoren, deren Frequenz und deren Spannung über einen sehr weiten Bereich gesteuert und geregelt werden rnüs-sen.

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Die vorgegebene Beschreibung bezieht sich auf .den FaIl₅ daß die veränderliche Spannungsquelle 1 eine kleinere Spannung hat als die der Hilfsspannungsquelle 9» Die von der hier vorgegebenen Erfindung vorgesehene Schaltung kann jedoch auch für diesen Fall wirksam eingesetzt werden, daß die beiden Spannungen, die Spannung der Gleichspannungshauptquelle 1 und die der Gleichspannungshilfsquelle 9 im wesentlichen gleich groß sind. Die Wellenformen der Ströme, welche unter diesen Umständen durch die in diesem Fall verwendeten Thyristoren 3₃ 11 und 8 fließen, sind mit- Fig, 3a bis Fig, 3c wiedergegeben. Die Wellenformen der Ströme in den Hauptthyristoren.- 17 bis 20 sind im wesentlichen gleich denen von Fig„ 2d und 2g und werden deshalb nicht dargestellt. Für den letztgenannten Fall rufen nur Gitterimpulse, welche dem Thyristor 8 aufgeschaltet werden, andere und unterschiedliche Wellenformen hervor. Nach dem wegen des Einschaltens des Thyristors 11 erfolgten Abschalten des Thyristors 3 wird der Kondensator 6 mit einer der angegebenen Polarität entgegengesetzten Polarität aufgeladen» Dann wird ein Gitterimpuls A auf den Thyristor 8 geschaltet, damit der Kondensator 6 seine in ihm gespeicherte Energie wieder entladen oder abgeben kann. Der Haupttyristor 15 wird abgeschaltet. Nun wird ein zweites Gittersignal

B auf den Thyristor 8 geschaltet_s welches veranlaßt,, daß der Kondensator 6 unter Verwendung der veränderlichen Gleichspannungsquelle 1 mit einer der angegebenen Scolari = tat entgegengesetzt gerichteten Polarität aufgel« wird.

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Die vorerwähnte Beschreibung bezieht sich andererseits aber auch auf den FaIl₅ daß eine sehr große induktive 'Belastung auf den Belastungskreis 14 einwirkt. Ist die induktive Belastung aber Iclein_a dann fließt über den Thyristor 11 ein kleiner Strom zum Kondensator 6 und verlängert die Zeitkonstante für das Aufladen des Kondensators 6_S verhindert dabei aber auch_s das der Thyristor 11 schnell abgeschaltet wird» In einem solchen Fall wirdj wie dies Fig_o 4a bis Fig„ 4g zu entnehmen ist,' vor dem Abschalten des Thyristors 3 vorzugsweise der Thyristor 11 eingeschaltet« Durch Abschalten des Thyristors 3 wird auch der vorerwähnte Thyristor 11 über einen RUekleopplungsVorgang abgeschaltet» Bei nochmaligem Einschalten des Thyristors 11 werden durch Aufschalten von Impulsen die Hauptthyristoren 15 und 16, 17 und 18 eingeschaltet* damit der Kondensator 6 sofort mit einer der angegebenen Polarität entgegengesetzt gerichteten Polarität,aufgeladen wird. Dann wird zur Abschaltung aller Hauptthyristoren 15 bis 18 der Thyristor 8 eingeschaltet, der die Wechselrichtervorrichtung dann wieder auf die normalen Betriebsbedingungen zurückführt Dann wird von den Hauptliyristoren 15 bis 18 der gewünschte Hauptthyristor eingeschaltet, so daß dann der Strom durch den Belastungskreis 14 fließen kann» Die darauf folgenden Schaltuorgä'nge oder Schaltoperationen werden in der gleichen Weise wie die der zuvor beschriebenen abgewickelt,

Es sollte klar sein, daß sich die hier vorliegende Erfindung und deren Verwendungsmöglichkeit nicht nur auf einen Einphasen-Wechselrichter beschränkt, sondern auch für

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Mehxphasenbetxiebj beispielsweise als Dreiphasen-. .Wechselrichter nach Fig_o 5_a verwendet werden kann. Aus figur 5 geht hervor,, daß zwischen den Steuerleitungen eine sich aus den Thyristoren 23 und 24 ₃ welche in der angegebenen Polarität geschaltet sind_s zusammensetzende Schaltung geschaltet ist»- Diesen Thyristoren sind die Dioden 25 und 26 entgegengesetzt parallelgeschaltet. Der -zwischen den Thyristoren 23 und 24 gelegene gemeinsame Verbindungspunkt ist auf einen Drei= phasenbelastungskreis 27 geschaltet» Die Thyristoren 15 bis 24 werden für jeden elektrischen Winkel von 6O in einer vorbestimmten Reihenfolge Einschaltimpulse aufgeschaltet erhalten, so daß ein Leitwinkel von 12O° erreicht wird. Auch in diesem Falle werden vom Schaltkreis die gleichen, bereits zuvor beschriebenen Schalt, vorgä'nge abgewickelt.. Auch in diesem FaIl₀ dem Einsatz in einem Dreipbasen-Wechselrichter,, wird-die gleiche. Wirkung erreicht. Darüber hinaus kann die hier vorleigende Erfindung in den ''erschiedensten Ausführungsformen, d.h. mit Modifikationen und Änderungen;, realisiert werden_s ohne für diese FSlIe von den Zielen der hier vorliegenden Erfindung abzuweichen. So kann beispielsweise die Induktionsspule 7 gleichzeitig mit der in Fig. 1 wiedergegebenen Drosselspule 12 wirksam werden. Ebenao kann die Gleichspannungshilfsquelle 9 derart in. den Wechselrichter eingebaut werden,, d'aß die Kathodenseite dieser Hilfsspannungsqueile mit der Anodenseite der veränderlichen Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist. Zudem kann die eine Seite der negativen Steuerleitung auch mit einer entgegengesetzt gerichteten Fatal«

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lelschaltung aus Thyristor 3 und Diode 4 versehen werden. Es ist möglichj den Umschaltkoradensator 6, die Uraschalt-Induktionsspule 7 und den Umschaltthyristor 8 in umgekehrter Reihenfolge gemeinsam auf die Anoden der "Spannungshilfsquelle 9 und der veränderlichen Spannungshauptquelle 1 zu schalten, wahrend die Kathodenseite der Hilfspannungsquelle 9 über die Dioden 13 und 10, deren Polarität umgekehrt worden ist, auf die Kathodenseite der veränderlichen Spannungsquelle 1 geschaltet werden kann und dadurch beim Thyristor 11 eine PoIaritätsumschaltung hervorruft» Mittels der hier beschriebenen Anordnung und Schaltung lassen sich die gleichen guten Resultate erzxel/en ,wie dies bei den vorher erwähnten Schaltungen auch der Fall ist„ Falls erforderlich, kann eine Impedanz zwischen die Diode 10 und dem Thyristor 11 geschaltet werden,, damit eine Kondensatoraufladung des Kondensators 6 auf eine zu hohe Spannung verhindert wird»

Durch die zuvor erwähnte und beschriebene Anordnung oder Schaltung wird das Kurzschließen einer Umschalt-Induktionsspule vermieden^ welche bei den bisher üblichen und konventionellen Ausführungen der Wechselrichter im Zeitpunkt des Umschalteris unvermeidbar war. Bei der hier vorliegenden Schaltung wird der Kondensator, dessen Ladung über den Thyristor 8 entladen worden ist_a wieder mit der ententgegengesetzt gerichteten Polarität aufgeladen wird, was über die In der angegebenen Polarität geschalteten Riickkopplungsdlioden 19 und 22 bewerkstelligt werden kann. Damit'aber ist dex Umschaltverlust auf den Wert beschränkt, der von einem tlideEStand im. Umschaltkxeis verursacht wird,

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so daß die Verluste um einen weit größeren Betray, verringert werdenals bei den neilcörnrulicnen Vorrichtungen der Fall ist. Deshalb, und dies führe zu einer be'CT.ichtlichen Energieeinsparung, braucht die Aufladung des Kondensators 6 nur durch einen geringen Anteil aus dei veränderlichen Spannungsquelle 1 ergänzt zu werden. Bei der hier vorliegenden ErI indung t'lieCt der Scnwtngstroni, welcner fus dem Schaltkreis - dieser Schaltkreis bestehend aus dem Kondensator .6, der Induktionsspule 7 usw. - nicht, wie dies bei den herkömmlichen V/echselrichtervorrichtungen der rail ist, direkt durch die dauptthyriscoren, welche dann auch keine so hohe Sperrspannung aufweisen massen, was J an η wiederum zu beträchtlichen Kosteneinsparungen füurt.

Bei der zuvor erwähnten Ausführung wuTde zur Herabsetzung der erforderlichen Kapazität des Kondensators 6 eine Spannungshilfsquelle 9 verwendet. Wird die Gleichspannungsquelle 1 abermals Konstantspannungsquelle ausgelegt und konstruiert, dann kann zur Vereinfachung der Schaltung die Spannungshllfsauelle 9 weggelassen werden, ohne daß sich dann dabei wesentliche Eigenschaften und Merkmale der hier vorliegenden Erfindung verindern. Fig. 6 zeigt einen Wechselrichter, der sich von dem mit Fig. 1 wiedergegebenen Wechselrichter dadurch unterscheidet, daß die Spannungshilfsquelle 9 und die Dioden 10 und 13 weggefallen sind. Die anderen Teile und deren Funktionen sind im wesentlichen die der mit Fig. 1 wiedergegebenen Ausführung des Erfindungsgegenstandes. Diese Teile werden deshalb auch mit den gleuchen Hinweiszahlen gekennzeichnet und nicht beschrieben. Nur die

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Wellenformen der durch die Thyristoren 3₃ 8 und 11 sowie durch die Hauptthyrxstoren 15 bis 18 fließenden Ströme werden mit Fig. 7a bis Fig. 7g wiedergegeben.

Der mit Fig. 8 dargestellte Fall zeigt die Verwendung der Schaltung nach Fig. 6 in einem Dreiphas'en-Wechselrichter. Weil die zu dieser Schaltung gehörenden Bauelemente im wesentlichen die gleichen Funktionsablaufe zeigen wie die Bauelemente, welche .mit Fig, 5 wiedergegeben sind, werden diese Teile auch mit den ,gleichen Hinweiszahlen gekennzeichnet und auch nicht beschrieben.

Die hier vorliegende Erfindung soll nicht nur auf die hier beschreibenen Ausführungsformen beschränkt sein, sie läßt sich vielmehr auch in vielen anderen Modifikationen und Änderungen realisieren. So kann beispielsweise die mit Fig. 9 wiedergegebene Induktionsspule wegfallen, und die Kathode des Thyristors 11 derart auf die Anode des Thyristors 8 geschaltet werden, daß die Induktionsspule 7 gleichzeitig mit der Induktionsspule 12 arbeitet.

nachstehend nun soll die mit Fig. 9 wiedergegebene Ausfünrung des Erfindungsgegenstandes beschrieben werden. Die Hauptthyristoren werden durch die· nachstehend genannten Vorgänge abgeschaltet!-

I. Der Thyristor 3 wird durch Einschalten des Thyristors 11 abgeschaltet.

II. Der Kondensator 6 wird mit der entgegengesetzt gerichteten Polarität aufgeladen,· der Tyhristor 11 kann sich dann abschalten_o

III. ' Die Haupthyristoren 15 bis 18 werden durch Einschalten des;Thyristors 8 abgeschaltet.

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PATENTINGENIEURE F.W. HEMMERiCH · GERD MOLLER-D. GROSSE ^^χ

4DDSSELDORF10-HOMBERGERSTRASSE5 1914875 ~ bh -

\ v tv 21.3..1969

- . ■ - ■ - G 14 -

IV. Der Thyristor 3 wird abgeschaltet, desgleichen auch die Hauptthyristoren 15 bis 18.

Die gesamte Umschaltzeit T läßt sich für die Vorginge I bis IV wie folgt ausdrücker

T = Zeit t-, des Einschaltzustandes von Thyristor 11 + Zeit t,-> des Ausschaltzustandes von Thyristor 11 + Zeit t„ des Einschaltzustandes von Thyristor 8.

Hat beispielsweise ein Im Einsatz befindlicher Wechselrichter eine Zeit t·, = 1OO Mikrosekunden, eine Zeit tn = ICO Mikrosekunden und eine Zeit t~ = 100 MIk rose künden, dann beläuft sich die gesamte Umschaltzelt auf T = t, + t.-, + t„ = 300 fclkrosekunden«, Bei einem Dreiphasen-Wechselrichter kommt es je Perlode 6 mal zur Umschaltung. Hat der Dreiphasen-lfechselrzcnter beispielsweise eine Frequenz f, dann betragt die Zeitkonstante für alle Umschaltvorgange 6fT =■ 180O f (Mikrosekunden). Wird versucht, die für jeden runktionsablauf erforderliche Zeit auf weniger als eine Einheitsperiode, d.h. auf weniger als L/4 einer Einheitsperiode, zu verkürzen, dann liegt die rrequeazobexgrenze bei f =■1/4 x i/ioOO χ 10 = 139 Hz. Wegen einer so geringen frequenzobergrenze. wird es notwendig sein, ,dann einen Einphasen-Wechselrichter zu verwenden, wenn eine Frequenz mit höherer Obergrenze gewünscht wird. Die Ausführung nach Fig. 9 l":ißt eine Verkürzung der Umschaltzeit sowie eine Erhöhung der frequenzobergrenze zu. Diese Ausführung unterscheidet sich darin von den vorerwähnten Ausführungs· beispieiert-, Hfäß zum Ersatz der Induktionsspule 7, die Induktionsspule 7 und die Induktionsspule 12 in der angegebenen Polaritit sehr eng miteinander gekoppelt sind.

BAD ORIGINAL

909Θ-28/08.21

PATENTINGENIEURE F. W. H E M M E R I C H · G E R D M D I I Γ K · D. G K O E E t 21 33 J

4DOSSELDORFIO-HOMBERGERSTRASSEs 1914 875 " frⁿ "

> i 3 i

Angenommen, der Thyristor 11 sei einqeäcn.r 1-el, J-^sgleicnen durcn Auf schal tune= von impulsen ·. ucn de^ Vj-y ristor 8. nngenoimnen, der Kon jens. ιοι~ ': st-i zu dieseiu Zeitpunlct mit einer PolaritTc cuigtl, 1.-η, vvflc.i^ ic ι e ng eg ebenen Polaiiflt entgegfengtSdtZi. yeiicaLtu ist. Angenoiniijen, ts liege eine Spc^nnun^ t, ?:ι« Kon j Vi'egen der em:en Kopplung der Induk"cionsspuJen 7 und 12 wird durch des Einschalten des Thyristors S iie .-.bschrl-"cung des Thyristors 11 herbeigt· i"ihr c, weil die Spannung 2 E - b, (dabei steht b, τ Jr die Soi.-.nnunc der Gleich-Spannungsquelle 1) ansucht, jedoch uivi«i i^r jor^usscczung, daß die Spannung E großer i^t als L: ,/*. . Ώ^ι Grund dt. tür, dsp nech «bschrltung der Thyristor eine gevvisse Zeitspanne braucht, um in den volis L ;ndi;;en SpexrzusLrnd zu gelangen, liegt darin, daß dem vorenV-'nnten Thyristor notwendigerweise tine t-n Lceo^noese Lzt qericntete Spannung aufgeschalte b wird. Vieil der Tnyriscoi 3 noch vor dein EtHseha±%en Abschalten des Thyristors 11 eingescnaltet vjird, wird die Umschaltzeit T kleiner als die Summe aus t, und t„. In entsprechender Weise kann auch die rrequenzobergrenze mindestens 1.5 mal aber das bei den herkömmlichen Vorrichtungen übliche iv'iaß erhöht werden.

BAD OBIGtMAL

0 09829/0821

Claims

PATENTINGENIEURE f.VV. H[MM F ί ICH · G E Ii D MO UE R · D, GROSSE ^l -5 i -'

D CJ SSElDOR F 10 -HOMBERGER STRASSE 5 1914875 ~ '''' ~

Zl. i. 1969 - a I -

■ao

Tokyo Snibaur. hltctric Co. Lxd. , Jxawasakt-sJii/Japan Petentansprucne:

ill Ein Viecoseli ichiier bes len^ni ous einer Gieicnspcnnuncscuel I(-, nib einer Wechsel! icntersciui tung. mi G einer ..tiiie von .-kupcloyristoren, welche einen von einer Gleichstromquelle au fgesch.-.iteten Gleicastrom in w^cnselsxrcrnuiuwandeln unj dann in einen Eelastungskreis geben, aus einem Uiuscnalxkfeis bestehend aus einem ersten Tnyristor und einer, eiscun Diode, welcne in einer encgegengeseLzX gericnteLen Paralielscüaitung zwiscnen die Gleicnspannungsquel-Ie und dem Wecnselrlcncerkreis oder der WcCjiSelricnxerscnalcung oesciialtet sind, zum Schöltkieis weiterningehöT end: ein Kondensator, eine ersxe Induicxionsspule und ein zweiter Twyrisxor, welciier parallel in der Weciiseirichxerschalxung angeordnet ist, sowie eine zweite Drosselspule und ein drix er Thyristor, welche die Entladung der Koniensacoroufladung durch die vvecnselricnterschalxung rierbeizufJnren, um dadurch den Kondensator mix einer der vornergehenden Polarität enxgegengesetzx gerichteten Polarität aufzuladen.

BAD ORlGiNAL

OO982&/0821ί ^f -t«c ^ί

PATEMTINGEHIEURE F.W. HEMMERICH - GERD MDItER- 13. GROSSE 21 O

DOSS E L D O R F 10 · H OMBERGER S T R AS S E 5 1914875 ~ bh ~

21.3.1969

LLn Viecnselrichter geuiiß Anspruch 1, dadurcn ne'cennzeicnnet, daß

ein cnd.i des bereits erw Innten zweiten Tnyristers Jit einen zwischen der bereits genannten zweiten Drosselspule, und dein bereits erwTnnten dritten Thyristor gelegenen Verbindungspunkt schaltet ist, wodurch dann die zweite Drosselspule zur gleichen Zeit wie die erste Drosselspule wirksam wird.

J, tin Wechselrichter geuriß Anspruch I₁ dadurch gekennzeicnnet, dai3

die erste und die zweite Drosselspule oder Induktionsspule in der gleichen Polaritit eng miteinem. der gekoppelt sind.

4. i^in Wecriselricnter gemJß Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

die V/ecnselrichtorschaltung als eine EinphasensctK.!- c u ng. ade vier brückengeschalteten Haupt thyristoren geschaltet isc; schließlich jeweils vier Dioden mit den H'ziUpttayristoren in entgegengesetzt gerichteter Par-.ilei.schaicung verbunden sind.

5. Eine y/ecnselrichuerschaltung gemiß Ansprucn 1 bis 3, d .viii rc η -jekennzeichnet, daß

die bereits erwihnte ifVechselrichterscaaltung als Dreipiif.seascnaltung ausgeführt ist, welche aus drei parallel zueinander angeordneten, und geschalteten Gruppen besteht, wobei zu jeder Gruppe zwei in Reihe yescii >ltete Thyristoren gehören» welche in Durchlaßrichtung der Gleichstromquelle geschaltet sindj scnließ iich sechs Dioden jeweils auf die Thyristoren in entgegengesetzt gerichteter Pa rallelschaitung geschaltet sind,

BAD ORiGfNAt

P A Γ E H Γ I H G E H I E U R E F. W. H E M M E R I C H · G E R D M O L L E R - D. G 8 O S S £ ^l °^9

DOSSELDORP 10 -HOMBERGER STRASSE 5 19 148/5 -DfI-

21.3.1969

o. hin „echselricnter gem'iß Anspruch 1 bis 5, -L-Ju rc α gekennzeichnet, d&ß

der uiiiscn: itKrels VifeLcerhia noch mit einer Jleicnspjn^ungshLlfsnuelle versehen ist, weIcna den Kondensator darm aber einen z-.-velten Thyristor enizixscfieL-cen oder ^.u.fzui:den a^t, wenn der erste Tavrlscor r- D'"J e 5 C f 1 ά 1 L ύ C L 3 ΐ. >

"-■■*. tin ΐί/echseii Lcnce r geruuS Anspruch 6, dadurca geiCennzeLctme-, daß

zu döra bereLcs eTVi.-nnCfcn Schaltkreis eine zweite Diode genort, v/elciie in Durchlaßtichtuag zwischen der Gleicasp^nnungshLiEsquelle und dera zweiten Thyristor sngeodnec iscj scaließlich eine dritte DLode in Durchlaßrichtung dss zweiten Fayristors zwischen den zwischen der bereits genannten Z'.veicen Diode und deiu zweiten Triyristor gelegenen VerbinJünqspunkt und deui /-inscnluüpunict der Gleicaspännungsc-ueile mit deal ersten Triyristor geschaltet ist.

- Ende -

BAD ORIGINAL

009829/08.21