DE19604026A1

DE19604026A1 - Schaltungsanordnung zur Spannungsverdopplung

Info

Publication number: DE19604026A1
Application number: DE1996104026
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr Ing Eggert; Roland Dr Ing Jakob
Original assignee: Cegelec AEG Anlagen und Automatisierungstechnik GmbH
Current assignee: Alstom Anlagen und Automatisierungstechnik GmbH
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1996-01-24
Publication date: 1997-08-07

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichrichteranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Schaltungsanordnung ist unter dem Namen "Villard-Schaltung" aus dem Buch von Tietze/Schenk "Halbleiter-Schaltungstechnik", Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1971, Seite 35 bekannt.

Die bekannte Schaltungsanordnung belastet die speisende Wechselspannungsquelle, d. h. in der Regel ein Wechselspannungsnetz, mit unsymmetrischen (Netz-)Strömen und ist auch in ihrer Belastbarkeit gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleichrichterschaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der die Belastbarkeit erhöht wird und die die speisende Wechselspannungsquelle mit symmetrischen Strömen belastet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung (für eine einphasige Anordnung) durch die im Anspruch 1 oder (für die eine dreiphasige Anordnung) durch die im Anspruch 4 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Mittels geringen Aufwands ist damit vorteilhafterweise die erwünschte Spannungserhöhung der Gleichspannung erreichbar, wobei sich gleichzeitig die Arbeitsfrequenz der Nachladung des Stützkondensators verdoppelt bzw. sich entsprechend die Ladezeit des Stützkondensators verringert. Neben einer Erhöhung der Belastbarkeit der transformatorlosen Gleichspannungsquelle wird bei gleich groß zu wählender Kapazität der Nachlade- Kondensatoren eine Symmetrierung des die Wechselspannungsquelle belastenden Stromes erreicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung nach der Erfindung sind in den restlichen Ansprüchen gekennzeichnet.

Liegen den Nachlade-Kondensatoren jeweils Dioden parallel, d. h. werden vorhandene Netzbrücken mit entsprechenden Nachlade- Kondensatoren versehen, ist der Innenwiderstand der Gleichspannungsquelle für Spannungen unterhalb der gleichgerichteten Netzspannungsamplitude besonders gering.

Andererseits kann eine Nachladeschaltung mit Kondensatoren ohne diesen parallelliegende Dioden z. B. ohne merkliche ohm′sche Verluste als Vorladeschaltung eines Zwischenkreiskondensators in einem Spannungszwischenkreisumrichter dienen, sogar über den Wert der gleichgerichteten Netzspannungsamplitude hinaus bis zum doppelten Wert.

Die Erfindung soll im folgenden für Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung beschrieben werden. Es zeigen

Fig. 1a bis 1c eine einphasige Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit den Strompfaden über die Schaltungselemente während dreier aufeinanderfolgender Halbperioden der Eingangswechselspannung,

Fig. 2 eine dreiphasige Anordnung gemäß der Erfindung und

Fig. 3 die Villard-Schaltung als Stand der Technik.

Gemäß Fig. 3 besteht die bekannte Spannungsverdopplerschaltung nach Villard aus einem Stützkondensator Cd, an den eine hier nicht gezeigte, in ihren Anschlüssen gestrichelt angedeutete (in der Regel ohmisch-induktive) Last angeschlossen ist. Zwischen den beiden Anschlüssen des Stützkondensators Cd liegen hintereinander eine erste Diode D1 und eine zweite Diode D2. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Dioden D1 und D2 ist an den einen Pol einer eine Eingangswechsel spannung Ue bereitstellenden Wechselspannungsquelle U (z. B. ein Wechselspannungsnetz) gelegt. Zwischen dem anderen Pol dieser Wechselspannungsquelle U und einem der Anschlüsse des Stützkondensators Cd ist ein erster Nachlade-Kondensator C1 geschaltet. Die Kapazität dieses ersten Nachlade-Konden sators C1 ist gering gegen die Kapazität des Stützkonden sators Cd.

Mit I ist der Stromverlauf von der Wechselspannungsquelle U über den ersten Nachlade-Kondensator C1 und die erste Diode D1 während der einen Halbperiode der Eingangswechselspannung Ue bezeichnet; während der anderen Halbperiode der Eingangs wechselspannung Ue fließt gemäß dem Verlauf II der Strom von der Wechselspannungsquelle U über die zweite Diode D2, den Stützkondensator Cd und den ersten Nachlade-Kondensator C1 zurück zur Wechselspannungsquelle U. Dabei wird der Stützkondensator Cd auf eine Gleichspannung Ud aufgeladen, die maximal das Doppelte der Amplitude der Eingangswechselspan nung Ue beträgt.

Erkennbar ist, daß die Ströme während der beiden Halbperioden der Eingangswechselspannung Ue die Spannungsquelle U unter schiedlich, d. h. unsymmetrisch (und damit nachteiligerweise oberwellenbehaftet) belasten, da nur während der zweiten Halbperiode (II) der Strom über den Stützkondensator Cd fließt. Eine Nachladung des Stützkondensators Cd kann also nur während jeder zweiten Halbperiode erfolgen. Infolge der üblicherweise geringen Kapazität des Nachlade-Kondensators C1 gegenüber der Kapazität des Stützkondensators Cd ist demnach die Belast barkeit der Anordnung gering.

Die Erfindung schafft hier Abhilfe: Gemäß Fig. 1a bis Fig. 1c ist zwischen den Pol der Wechselspannungsquelle U, an den der erste Nachlade-Kondensator C1 angeschlossen ist und demjenigen Anschluß des Stützkondensators Cd, der nicht unmittelbar mit dem ersten Nachlade-Kondensator C1 verbunden ist, ein zweiter Nachlade-Kondensator C2 geschaltet. Die Nachlade-Kondensato ren C1, C2 haben beide die gleiche geringe Kapazität gegenüber der Kapazität des Stützkondensators Cd. In vorteilhafter Ausbildung des Erfindungsgedankens sind, um die Anordnung gegenüber der (auch hier nicht gezeigten) Last mit möglichst geringem Innenwiderstand zu versehen, parallel zum ersten Nachlade-Kondensator C1 eine dritte Diode D3 und parallel zum zweiten Nachlade-Kondensator C2 eine vierte Diode D4 geschaltet.

Erkennbar ist aus Fig. 1a bis Fig. 1c, daß die Dioden D1 bis D4 eine (üblicherweise bei Netzgleichrichteranordnungen (z. B. in Zwischenkreisspannungsumrichtern) vorhandene) Netzbrückenschaltung bilden, der lediglich die Nachlade- Kondensatoren C1 und C2 im Sinne der Erfindung zugeschaltet sind.

In Fig. 1a sind zwei sich ergebende Stromverläufe gestrichelt bzw. strichpunktiert während einer ersten Halbperiode der Eingangswechselspannung Ue bei noch zunächst ungeladenen Nachlade-Kondensatoren C1 und C2 eingezeichnet und die sich dabei aufbauenden Polaritäten der Potentiale an den Kondensatoren C1, C2 und Cd angezeigt.

In Fig. 1b sind gestrichelt bzw. strichpunktiert zwei sich ergebende Stromverläufe während der an die erste, im Falle der Fig. 1a auftretende Halbperiode anschließenden zweiten Halbperiode der Eingangswechselspannung Ue aufgezeigt und die sich dabei ergebenden entsprechenden Polaritäten der Potentiale an den Kondensatoren C1, C2 und Cd angeschrieben.

Schließlich sind in Fig. 1c die Strom- und Polaritäts verhältnisse in der auf die zu Fig. 1b angesprochene Halbperiode folgenden Halbperiode der Eingangswechsel spannung Ue dargestellt.

Durch die gemäß der Erfindung ausgebildete Brückenschaltung wird mit jeder Halbperiode der Eingangswechselspannung Ue dem Stützkondensator Cd Energie nachgeladen. Dadurch verdoppelt sich die Nachladefrequenz für den Stützkondensator Cd; er erreicht schneller das höhere Spannungsniveau, und es kann ihm der doppelte Strom entnommen werden, wobei der der Wechsel spannungsquelle U entnommene Strom symmetrisch bleibt.

Eine vorteilhafte Variante zeigt Fig. 2 in einer dreiphasigen Schaltung. Zusätzlich zu der zu den Fig. 1a bis 1c bereits erläuterten Schaltungsanordnung ist ein weiterer Diodenzweig mit einer fünften Diode D5 und einer sechsten Diode D6 vorgesehen, der den beiden Diodenzweigen aus den Dioden D1 und D2 bzw. D3 und D4 in Bildung einer dreiphasigen Brückenschaltung parallelgeschaltet ist. Die Verbindungspunkte zwischen den Dioden in den jeweiligen Zweigen sind an die dreiphasige Wechselspannung U mit den Anschlüssen RST gelegt.

Selbstverständlich können die Dioden D1 bis D6 (Fig. 1a bis Fig. 1c) bzw. (Fig. 2) auch ansteuerbare Halbleiterschalter sein.

Claims

1. Gleichrichterschaltungsanordnung zur Erzeugung einer den doppelten Wert der Spannungsamplitude einer Eingangs wechselspannung (Ue) aufweisenden Spannung (Ud) an einem einer Last parallelgeschalteten Stützkondensator (Cd) mit einer zwischen dessen beiden Anschlüssen liegenden, durch eine erste und eine zweite Diode (D1, D2) gebildeten Reihenschaltung, bei der der Verbindungspunkt zwischen der ersten und der zweiten Diode (D1, D2) mit dem einen Pol einer die Eingangs wechselspannung (Ue) bereitstellenden Wechselspannungs quelle (U) verbunden ist und bei der einer der beiden Anschlüsse des Stützkondensators (Cd) über einen (ersten) Nachlade-Kondensator (C1) an den anderen Pol der Wechselspan nungsquelle (U) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Nachlade-Kondensator (C2) vorgesehen ist, der einerseits ebenfalls an den anderen Pol der Wechselspan nungsquelle (U) und andererseits an den nicht mit dem ersten Nachlade-Kondensator (C1) verbundenen Anschluß des Stützkondensators (Cd) angeschlossen ist.

2. Gleichrichterschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Nachlade-Kondensator (C1) eine dritte Diode (D3) sowie dem zweiten Nachlade-Kondensator (C2) eine vierte Diode (D4) parallelgeschaltet sind.

3. Gleichrichterschaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer dreiphasigen Wechselspannungsquelle (U) dem Diodenzweig mit der ersten (D1) und zweiten Diode (D2) und dem Diodenzweig mit der dritten (D3) und der vierten Diode (D4) ein dritter Diodenzweig mit einer fünften (D5) und einer sechsten Diode (D6) parallelgeschaltet ist, bei dem der Verbindungspunkt zwischen der fünften (D5) und der sechsten Diode (D6) mit dem dritten Pol der dreiphasigen Wechselspannungsquelle (U) verbunden ist.

4. Gleichrichterschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (D1 bis D6) durch ansteuerbare Halbleiter schalter ersetzt sind.