DE1921437B2 - Wechselrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselrichter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Solche Wechselrichter sind bekannt aus »AEG-Mitteilurigen«, 1964, S. 89 bis 106, und »ETZ-A«, 1966. S. 649 bis 658.

Die Erfindung bezieht sich also auf einen mit eigenen Kommutierungsorganen versehenen Wechselrichter. Solche Wechselrichter werden z. B. zum Betrieb von Asynchron- oder Synchronmotoren verwendet, deren Drehzahl dann durch Änderung der Frequenz der Ausgangsspannung des Wechselrichters variiert werden kann. Die Frequenz kann in einem typischen Fall zwisehen 1 Hz und 50 Hz veränderlich sein. Bei vielen Anwendungen wünscht man die Drehrichtung des Motors ändern zu können, was durch Umschaltung der Phasenfolge der Ausgangsspannung eines mehrphasigen Wechselrichters geschehen kann. Dies wiederum kann in bekannter Weise durch Umkehrung der Kommutierungsfolge der Hauptthyristoren des Wechselrichters geschehen, d.h. der Thyristoren, die den Belastungsitrom führen. Eine Drehrichtungsänderung geschieht vorzugsweise dadurch, daß die Frequenz allmählich auf SS einen niedrigen Wert herabgesetzt wird, daß dann die Umschaltung der Phasenfolge erfolgt und darauf die Frequenz wieder mit entgegengesetzter Phasenfolge erhöht wird. Die Umschaltung muß im stromlosen Zustand der Hauptthyristoren geschehen. Dieser Zustand wird in bekannter Weise dadurch erreicht, daß die Steuerimpulse zu den Hauptthyristoren blockiert werden, so daß keine neuen Thyristorzündungen auftreten, während der Löschkreis oder die Löschkreise in normalem Takt fortfahren, die stromführenden Thyristoren zu löschen.

Die obengenannten Literaturstellen befassen sich mit dem Problem, wie im speziellen Fall der Speisung eines Asynchronmotors die Frequenz und die Spannung des Wechselrichters geführt werden müssen, um bei allen Drehzahlen strommäßig eine günstige Ausnutzung des Motors zu erzielen. So ist aus der Entgegenhaltung »AEG-Mitteilungen«, 1964, S. 89 bis 106, z. E. bekannt, die Führung der Spannung durch Pulsbreitensteuerung konstanter Frequenz vorzunehmen. Aus der Druckschrift »ETZ-A«, 1966, S. 658, ist es bekannt, die Frequenz der im Läufer induzierten Spannung etwa konstant zu halten. Aus diesem Grunde soll der Motor mit einer Frequenz geführt werden, die gleich der Drehzahlfrequenz zuzüglich oder abzüglich der gewünschten Schlupffrequenz ist

Die Erfindung befaßt sich mit dem im folgenden erläuterten Problem, das in den genannten Druckschriften nicht behandelt wird. Die Umschaltung beim Reversieren kann nicht stattfinden, bevor alle Thyristoren mit Sicherheit gelöscht worden sind, wofür eine gewisse Zeit nötig ist. Jeder Thyristor kann maximal eine halbe Wechselspannungsperiode leitend sein. Bei einem Stromriciiter, bei dem jeder Thyristor mit einem eigenen Löschkreis versehen ist, muß deshalb die Umschaltung mindestens um eine halbe Periode verzögert werden, was bei niedrigen Frequenzen eine so lange Zeit darstellt iaß sie bei schnellen Regelungsvorgängen nicht tragbar ist Bei Wechselrichtern, bei denen ein für alle Thyristoren gemeinsamer Löschkreis alle Thyristoren bei jeder Kommutierung löscht, braucht man z. B. für die sichere Löschung der Thyristoren eines dreiphasigen Wechselrichters eine Zeit, die einem Sechstel einer Periode eintspricht, was aber bei niedrigen Frequenzen schon eine in vieler Hinsicht unzulässige Verzögerung ist Bei Wechselrichtern der oben angegebenen Art ist es überhaupt sehr wünschenswert, ein schnelles Löschen des Belastungsstromes zu erreichen. Bei einer starken Erhöhung des Stromes, die beispielsweise durch einen Kurzschluß im gespeisten Wechselstromnetz oder Belastungsobjekt verursacht wird, kann z. B., wenn der Belastungsstrom schnell gelöscht wird, eine sonst unvermeidliche Zerstörung der Sicherungen vermieden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromrichter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein schnelles Löschen der Hauptthyristoren bei allen Arbeitsfrequenzen gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Wechselrichter der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs genannten Merkmale aufweist.

Bei einem mehrphasigen Wechselrichter mit umschaltbarer Phasenfolge wird nach einer Weiterentwicklung der Erfindung die Umschaltung der Phasenfolge derart verzögert gegenüber der Sperrung der Steuerimpulse, daß alle Hauptthyristoren vorher sicher gelöscht sind.

Die Erfindung besitzt also den Vorteil, eine sehr schnelle Löschung sämtlicher Ventile zu erreichen, indem man die Steuerfrequenz kurzfristig sehr stark erhöht, diese Frequenz aber von den Zündgittern der Arbeitsventile fernhält. Dadurch wird beim Reversieren eines frequenzgesteuerten Motors ein schnelles Umschalten der Phasenfolge und damit ein schnelles Reversieren möglich.

Es versteht sich, daß die Erfindung auch dann anwendbar ist, wenn der Wechselrichter bei Rückarbeit eines angeschlossenen Motors in den Gleichrichterbetrieb übergeht

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher be-

schrieben werden. Es zeigt

F i g. 1 a eine bekannte Wechselrichterschaltung zur Speisung eines Asynchronmotors,

F i g. Ib das Prinzipschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung.

In F i g. 1 speist der Wechselrichter einen Asynchronmotor 1. Der Wechselrichter kann in einen Hauptkreis 2, der über Kommutierungsdrosseln 3 und 4 an einer Gleichspannungsquelle 20 angeschlossen ist, und in einen Löschkreis 5 aufgeteilt werden. Der Hauptkreis enthält sechs Hauptthyristoren 211, 212, 221, 222 und 231,232 und sechs Rückspeise- und Kommutierungsdioden 213,214,223,224 und 233,234. Durch Zündung und Löschung der Thyristoren wird in bekannter Weise eine dreiphasige Rechteckspannung er-7eugt, die — gegebenenfals über nicht gezeigte Oberwellenfilter — dem Motor 1 zugeführt wird. Der Löschkreis 5 enthält einen Löschkondensator 51, Aufladethyristoren 541 bis 544 und Löschthyristoren 551 bis 554. Der Kondensator kann vcn der Gleichspannungsquelle 50 z. B. durch Zündung der Thyristoren 541 und 544 geladen werden und bekommt dann ein positives Potential auf dem linken Belag. Wenn danach die Löschthyristoren 552 und 553 gezündet werden, entlädt sich der Kondensator durch diejenigen der Thyristoren 211. 221 und 231, die leitend sind, und durch die diesen leitenden Thyristoren zugeordneten Dioden auf der Gruppe 214, 224 und 234, wobei also die Thyristoren in der oberen Hälfte des Stromrichters gelöscht werden. Indem man die Auflade- und Löschthyristoren der beiden anderen Paare benutzt, können die Hauptthyristoren in der unteren Hälfte gelöscht werden. Jeder Hauptthyristor soll einmal pro Wechselstromperiode gezündet und einmal gelöscht werden, weshalb der Löschkreis im gezeigten dreiphasigen Stromrichter sechs Löschungen pro Periode, abwechselnd in der oberen und in der unteren Hälfte des Hauptthyristorkreises, durchführen soll. Es sind also zwei Löschungen nötig, damit alle Hauptthyristoren sicher gelöscht werden, und hierfür ist eine Zeit nötig, die einem Drittel der Periode entspricht

F i g. Ib zeigt die Steuerkreise des Wechselspeichers in schematischer Form. Ein Oszillator 6 mit variabler Frequenz, z. B. ein Unijunctionstransistoroszillator, sendet Impulse mit einer Frequenz, die sechsmal größer als die gewünschte Frequenz der Ausgangsspannung ist und durch die Ausgangsspannung von einem Operationsverstärker 7 gesteuert wird. In diesem wird eine Steuerspannung fo, die der gewünschten Frequenz der Ausgangsspannung entspricht, zu einem Signal Ai addiert, das bei Betrieb mit unveränderter Phasenfolge der Ausgangsspannung Null ist Der Impulszug vom Oszillator 6 steuert ein Gerät 8 für die Steuerung der Thyristoren des Löschkreises 5, das z. B. eine bistabile Kippanordnung sein kann. Der Impulszug steuert auch SS über den normalerweise leitenden elektronischen Kontakt 9 ein Gerät 10 für die Steuerung der Thyristoren des Hauptkreises 2, das ein Ringzähler mit sechs Ausgängen sein kann. Diese sind, eventuell über nicht gezeigte impulsverstärkende und/oder impulsformende Geräte, über ein Umschaltorgan 11 an den Zündelektroden der Hauptthyristoren angeschlossen. Das Umschaltorgan bestimmt die Phasenfolge der Ausgangsspannung des Wechselrichters durch Bestimmen der Folge, in der Zündimpulse den Htaiptthyristoren zugeführt werden, und macht dies in Abhängigkeit von einem die Phasenfolge bestimmende Signal A das zwei diskrete Werte annehmen kann, die je einer gewissen Phasenfolge entsprechen. Das Signal A wird dem Umschalter 11 über einen Phasenverzögerungskreis 12 mit der Phasenverzögerung τ 2 zugeführt Es wird auch über derivierende Kreise 13 und 14 einer monosiabilen Kippanordnung 15 zugeführt, die die Rückgangszeit τ ι hat. Diese steht normalerweise in der O-Lage, wird aber durch eine Änderung in A in die 1-Lage gestellt, wobei einerseits das Signal Af dem Verstärker 7 zugeführt und andererseits der Kontakt 9 gesperrt wird. Wenn man die Drehrichtung des Motors 1 ändern will, wird erst fo, z. B. durch ein nicht gezeigtes Regelsystem, auf einen niedrigen Wert gesenkt, in einem typischen Fall auf eine Frequenz der Ausgangsspannung von 1 Hz. Hiernach müßten die Steuerimpulse zu den Hauptthyristoren blockiert werden, und wenn diese gelöscht sind, müßte eine Umschaltung der Phasenfolge erfolgen können. Für die Löschung braucht man wie zuvor gezeigt ein Drittel der Periode, d. h. bei 1 Hz ein Drittel Sekunde. Der gezeigte Kreis reduziert indessen diese Zeit in sehr hohem Grade. Bei einer Änderung des die Phasenfolge bestimmenden Signals A wird die Kippanordnung 15 in die 1-Lage gestellt, und die Steuerimpulse zu den Hauptthyristoren werden vom Kontakt 9 blockiert. Nach der Zeit τ 2, die so lang ist daß die Blockierung mit Sicherheit erfolgen kann, schaltet der Umschalter 11 auf umgekehrte Phasenfolge um. Bei Einstellen in die 1-Lage der Kippanordnung 12 wird das Signal Af zu fo addiert. Man kann Af hoch wählen, im beschriebenen Fall z. B. 50 bis 100 Mal so groß wie fo. Der Löschkreis arbeitet nun mit der Frequenz (fo + Af) und hat in sehr kurzer Zeit — eine oder einige Millisekunden — beide Hälften des Hauptkreises gelöscht. Die Rückgangszeit τ ι der Kippanordnung 15 ist so lang gewählt, daß der Löschkreis während dieser Zeit und bei einer Arbeitsfrequenz, die (k + Af) entspricht, mit Sicherheit Zeit hatte, die Hauptthyristoren zu löschen, aber nicht länger. Nach der Zeit τ ι geht die Kippanordnung 15 wieder in die 0-Lage zurück, Af wird Null, der Kontakt 9 wird leitend, Steuerimpulse werden wieder den Hauptthyristoren zugeführt, und der Stromrichter beginnt mit der Frequenzfolge fo und mit der neuen Phasenfolge zu arbeiten.

Die Erfindung kann bei vielen anderen Arten von Wechselrichtern angewendet werden. Ebenso sind die in Fi g. Ib gezeigten Steuerkreise nur ein Beispiel, sie können in vielen anderen Arten im Rahmen der Erfindung ausgeführt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wechselrichter, bestehend aus mindestens zwei Hauptthyristoren, einem Steuerimpulsgerät, das Steuerimpulse an die Hauptthyristoren gibt, wenigstens einem Löschkreis, der jeden Hauptthyristor am Ende seines Leitintervalles löscht, sowie einem Oszillator zum Steuern des Arbeitstaktes des Steuerimpulgerätes und des Lcschkreiser. und damit der Frequenz der Ausgangsspannung des Wechselrichters, wobei die Frequenz des Oszillators in Abhängigkeit von einem ihm zugeführten Steuersignal veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur schnellen Löschung d'ir Hauptthyi istoren (211. 221, 231, 212, 222, 232) die Steuerimpulse für alle Hauptthyristoren gleichzeitig sperrbar sind und die Frequenz des Oszillators (6) für eine vorgegebene Zeit (τ i) wesentlich vergrößerbar ist, derart, daß der Löschkreis (5) entsprechend schnell korn- ίο mutiert, und daß die vorgegebene Zeit (τ \) so bemessen ist, daß sie bei dieser vergröberten Frequenz sicher zur Löschung aller Hauptthyristoren ausreicht.

2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrphasig ausgeführt und in seiner Phasenfolge umschaltbar ist und daß die Umschaltung der Phasenfolge derart verzögert gegenüber der Sperrung der Steuerimpulse erfolgt, daß alle Hauptthyristoren vorher sicher gelöscht sind.