DE19710371C1 - Circuit arrangement for charging of DC voltage intermediate circuits via rectifier e.g.for static converters - Google Patents
Circuit arrangement for charging of DC voltage intermediate circuits via rectifier e.g.for static convertersInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Aufladen von Gleichspannungs- Zwischenkreisen in Umrichtern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Schaltunganordnung ist aus der DE 195 08 348 A1 bekannt.The invention describes a circuit arrangement for charging DC voltage Intermediate circuits in converters according to the preamble of claim 1 Circuit arrangement is known from DE 195 08 348 A1.
Nachteilhaft bei den Schaltunganordnungen nach dem Stand der Technik wirken die Zuleitungskabel der Widerstände, diese müssen entweder mit dem gleichen Querschnitt ausgeführt werden wie die Hauptanschlußleitungen oder müssen eine extra Absicherung erhalten.The disadvantage of the circuit arrangements according to the prior art Supply cables of the resistors, these must either have the same cross section be carried out like the main connection lines or have an extra fuse receive.
Die üblicherweise verwendeten Relais sind nicht dazu geeignet, einen Gleichstrom abzuschalten. In dem Falle des Abschaltens eines fehlerhaft arbeitenden Relais wird bei Stromfluß ein Lichtbogen erzeugt, was zur Zerstörung der Anordnung führt. Es ist in diesem Zusammenhang beachtlich, daß elektromechanische Bauelemente verschleißanfällig sind und die Synchronisation der Pulse ist aufwendig.The relays commonly used are not suitable for direct current switch off. In the event of a faulty relay switching off, at Current flow creates an arc, which leads to the destruction of the arrangement. It is in this Connection remarkable that electromechanical components are prone to wear and the synchronization of the pulses is complex.
Bemerkenswert ist weiterhin ein relativ hoher Energiebedarf der Zündstufe und es entsteht immer dann eine relativ hohe Sperrverlustleistung, wenn Thyristoren zu dem Zeitpunkt mit einem Zündstrom beaufschlagt werden, in dem eine negative Spannung über den Hauptanschlüssen anliegt. It is also noteworthy that the ignition stage has a relatively high energy requirement and it arises always a relatively high reverse leakage power if thyristors were used at the time an ignition current in which a negative voltage across the Main connections are present.
Nach dem Stand der Technik sind mehrere Methoden des Aufladens von Zwischenkreisen bekannt. So ist es möglich, den Zwischenkreis auf der Netzseite über dort angeordnete Widerstände aufzuladen. Nach Ablauf des Ladevorganges werden diese Widerstände durch ein Schütz oder ein Relais überbrückt.The prior art has several methods of charging intermediate circuits known. So it is possible to arrange the intermediate circuit on the network side over there To load resistors. After the charging process, these resistors are replaced by a Contactor or a relay bridged.
Nach einer anderen Variante wird der Zwischenkreis über Widerstände, die im Zwischenkreis angeordnet sind, aufgeladen, dabei muß nach Ablauf des Ladevorganges wiederum eine Überbrückung durch Schütze oder Relais erfolgen.According to another variant, the intermediate circuit is connected via resistors that are in the intermediate circuit are arranged, charged, a must again after the end of the charging process Bridging by contactors or relays.
Es ist in gleicher Weise möglich, mittels Thyristoren in einer Gleichrichterschaltung die Aufladung der Zwischenkreise zu besorgen. Hierbei muß der Strom über eine Dioden- Widerstandsanordnung begrenzt werden. Nach Ablauf des Ladevorganges werden die Thyristoren durch Impulsstrompakete gezündet, die auf die Netzspannung oder die Thyristorspannung synchronisiert sind.It is possible in the same way to use thyristors in a rectifier circuit Get charge of the intermediate circuits. The current must be Resistor arrangement can be limited. After the loading process, the Thyristors ignited by pulse current packets on the mains voltage or the Thyristor voltage are synchronized.
Es sind in gleicher Weise Schaltungen bekannt, in denen die Zwischenkreisaufladung über Thyristorschaltungen erfolgt, die mit einem Dauerstrom gezündet sind, der über die gesamte Netzperiode anliegt. Weiterhin ist es möglich, Thyristoren gleichzeitig mit einem Pulspaket zu zünden, das über die gesamte Netzperiode anliegt. Die Potentialtrennung erfolgt hier über Zündübertrager für jeden Thyristor einzeln.In the same way, circuits are known in which the intermediate circuit charging is carried out Thyristor circuits are carried out, which are ignited with a continuous current that extends over the entire Grid period is pending. It is also possible to supply thyristors at the same time with a pulse packet ignite that is present over the entire network period. The potential separation takes place here Ignition transformer for each thyristor individually.
In DE 195 08 348 A1 wird eine Ladeeinrichtung für einen Zwischenkreiskondensator eines mit einer halbgesteuerten Drehstrombrückenschaltung verbundenen Zwischenkreises vorgestellt, bei der eine Phase des verbundenen Drehspannungsnetzes über eine Diode, Zenerdiode und einen Optokoppler an einen Pol des Zwischenkreises angeschlossen ist.DE 195 08 348 A1 describes a charging device for an intermediate circuit capacitor presented an intermediate circuit connected to a semi-controlled three-phase bridge circuit, in which a phase of the connected three-phase network via a diode, Zener diode and an optocoupler is connected to a pole of the intermediate circuit.
Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Laden von Zwischenkreisen in Umrichtern vorzustellen, bei der die Zündimpulse von Thyristoren versetzt sind, wodurch mit einem einzigen Übertrager eine zuverlässige elektronisch elegante und verlustleistungsarme Arbeitsweise ermöglicht wird.The object of this invention is to provide a circuit arrangement for charging To introduce intermediate circuits in converters in which the firing pulses are offset by thyristors are, making a reliable electronically elegant and reliable with a single transformer low-loss mode of operation is made possible.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst, eine weitere Ausführungsvariante ist in dem Unteranspruch dargestellt.The object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1, a further embodiment variant is shown in the subclaim.
Die Vorteile der erfinderischen Lösung liegen in der einfachen und somit kostengünstigen Aufbauweise dieser Anordnung und deren Zuverlässigkeit in der Funktionsfähigkeit. Die erfinderische Lösung ist sowohl bei ein- als auch mehrphasigen Umrichtern anwendbar. The advantages of the inventive solution are the simple and therefore inexpensive Structure of this arrangement and its reliability in terms of functionality. The inventive solution is applicable to both single and multi-phase converters.
Durch eine zu den Thyristoren einer halbgesteuerten Brückenschaltung parallel aufgebauten Dioden- Widerstandsanordnung fließt der Ladestrom für den Zwischenkreis des Umrichters. Die Thyristoren werden nach Ablauf des Ladevorganges gezündet, wobei die Zündimpulse der einzelnen Thyristoren zueinander versetzt sind. Dieses Pulsmuster wird fortlaufend unabhängig von der Phasenlage der Netzspannung ausgegeben.By a parallel to the thyristors of a semi-controlled bridge circuit Diode resistor arrangement flows the charging current for the intermediate circuit of the converter. The thyristors are ignited after the charging process, the firing pulses individual thyristors are offset from one another. This pulse pattern becomes continuously independent output from the phase position of the mains voltage.
Bei der erfinderischen Lösung der Zwischenkreisaufladung wird die Energie zum Zünden aller Thyristoren mit einem einzigen Übertrager auf die potentialbehaftete Seite übertragen.In the inventive solution of the intermediate circuit charging, the energy for igniting everyone Transfer thyristors to the potential side with a single transformer.
Die Erfindung wird nachfolgend auf der Grundlage der dargestellten Figuren erläutert.The invention is explained below on the basis of the figures shown.
Fig. 1 stellt eine halbgesteuerte Eingangsbrücke mit Ladeschaltung dar. Fig. 1 shows a semi-controlled input bridge with charging circuit.
Fig. 2 veranschaulicht das Blockschaltbild der Thyristoransteuerung. Fig. 2 illustrates the block diagram of the thyristor control.
Fig. 3 zeigt das Ablaufdiagramm für die Ansteuerimpulse der Schalter. Fig. 3 shows the flow diagram for the control pulses of the switches.
Fig. 1 stellt eine halbgesteuerte Eingangsbrücke eines Spannungszwischenkreisumrichters mit Ladeschaltung dar. Ein Umrichter zur Erzielung einer Gleichspannung für einen Zwischenkreis darf im Einschaltmoment nicht direkt, beispielhaft an ein Drehstromnetz, geschaltet werden, da wegen der Kondensatoren zunächst ein Kurzschluß anliegt. Der Ladestrom muß daher begrenzt werden, ohne allerdings den Stromfluß im Normalbetrieb zu behindern. Fig. 1 shows a semi-controlled input bridge of a voltage intermediate circuit converter with charging circuit. A converter for obtaining a DC voltage for an intermediate circuit must not be switched directly, for example to a three-phase network, because a capacitor is initially short-circuited. The charging current must therefore be limited without, however, hindering the current flow in normal operation.
Diese Möglichkeit wird durch die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 eröffnet. Parallel zu den Thyristoren Th1, Th2 und Th3 befindet sich eine Dioden-Widerstandsbrücke D1, D2 und D3 mit dem Ladewiderstand (Rlade). Über diesen Schaltungsteil fließt ein begrenzter Strom, wodurch der Zwischenkreis aufgeladen wird. Die maximale Amplitude des Ladestromes ergibt sich aus dem Verhältnis von Netzspannung und Widerstand. Nach Ablauf des Ladevorganges müssen die Thyristoren gezündet werden.This possibility is opened by the circuit arrangement according to FIG. 1. In parallel with the thyristors Th1, Th2 and Th3 there is a diode resistor bridge D1, D2 and D3 with the charging resistor (Rlade). A limited current flows through this circuit part, which charges the intermediate circuit. The maximum amplitude of the charging current results from the ratio of the mains voltage and resistance. The thyristors must be ignited after the charging process has ended.
Zum Laden des Zwischenkreiskondensators (C) sind die Thyristoren (Th1 bis Th3) zunächst gesperrt, der Ladestrom fließt daher über die Dioden-Widerstandsanordnung (D1 bis D3 und Rlade). To charge the intermediate circuit capacitor (C) are the thyristors (Th1 to Th3) first blocked, the charging current therefore flows through the diode resistor arrangement (D1 to D3 and Rlade).
Über den Ladewiderstand (Rlade) liegt annähernd die Spannungsdifferenz aus der gleichgerichteten Netzspannung und der Kondensatorspannung an. Die Amplitude des Ladestromes ergibt sich aus dem Verhältnis dieser Spannung zum Widerstand. Während des Ladevorganges steigt die Kondensatorspannung exponentiell an, daher nimmt die Amplitude des Ladestromes entsprechend ab. Liegt die Zwischenkreisspannung in der Nähe des Gleichrichtwertes der Netzspannung, dann ist der Ladevorgang abgeschlossen.About the charging resistance (Rlade) is approximately the voltage difference from the rectified mains voltage and the capacitor voltage. The amplitude of the Charging currents result from the ratio of this voltage to the resistance. During the Charging process, the capacitor voltage increases exponentially, hence the amplitude of the charging current accordingly. If the DC link voltage is close to the Rectification of the mains voltage, then the charging process is completed.
Nach dem Abschluß des Ladevorganges für den Zwischenkreis werden die Thyristoren (Th1 bis Th3) kontinuierlich gezündet, um dem Laststrom den Weg über die Thyristoren zu ermöglichen. Die diesbezügliche Ansteuerung erfolgt über den Thyristor-Treiber.After the charging process for the DC link has been completed, the thyristors (Th1 to Th3) continuously ignited to the load current the way through the thyristors enable. The relevant control takes place via the thyristor driver.
Fig. 2 veranschaulicht das Blockschaltbild der Thyristoransteuerung. Der DC/DC-Wandler (1) überträgt die erforderliche Zündenergie für die Thyristoransteuerung, da der Massebezug der Steuerlogik (3) und der der Thyristoren im allgemeinen nicht identisch sind. Das Massepotential des Ausganges des DC/DC-Wandlers (1) ist identisch zu der positiven Zwischenkreisspannung (13-Uzk), während das Massepotential des Einganges für gewöhnlich auf Logikpotential (16-LG) liegt. Fig. 2 illustrates the block diagram of the thyristor control. The DC / DC converter ( 1 ) transmits the required ignition energy for the thyristor control, since the ground reference of the control logic ( 3 ) and that of the thyristors are generally not identical. The ground potential of the output of the DC / DC converter ( 1 ) is identical to the positive intermediate circuit voltage ( 13 -Uzk), while the ground potential of the input is usually at logic potential ( 16 -LG).
Die gewonnene Hilfsspannung +Uh (14) wird über die Schalter S1 (4), S2 (5), S3 (6) und die Widerstände Rv1 (7), Rv2 (8) sowie Rv3 (9) auf die jeweiligen Gates der Thyristoren (10, 11, 12) geführt. Durch die Ablauflogik (3), die ebenfalls von der Hilfsspannung +Uh (14) versorgt wird, werden die Schalter (4, 5, 6) entsprechend dem Ablaufdiagramm nach Fig. 3 für eine definierte Zeit geschlossen.The auxiliary voltage + Uh ( 14 ) obtained is applied via switches S1 ( 4 ), S2 ( 5 ), S3 ( 6 ) and resistors Rv1 ( 7 ), Rv2 ( 8 ) and Rv3 ( 9 ) to the respective gates of the thyristors ( 10 , 11 , 12 ). Through the flow logic ( 3 ), which is also supplied by the auxiliary voltage + Uh ( 14 ), the switches ( 4 , 5 , 6 ) are closed for a defined time in accordance with the flow chart according to FIG. 3.
Die Phasenlage der Ansteuerungsimpulse ist unabhängig von der Phasenlage der Netzspannung. Über ein potentialtrennendes Signalübertragungselement, beispielhaft ein Optokoppler (2), wird ein Freigabesignal (15) an die Ablauflogik übermittelt. Die Schalter (4, 5, 6) werden nur geschlossen, wenn das Freigabesignal anliegt.The phase position of the control pulses is independent of the phase position of the mains voltage. An enable signal ( 15 ) is transmitted to the sequence logic via a potential-isolating signal transmission element, for example an optocoupler ( 2 ). The switches ( 4 , 5 , 6 ) are only closed when the enable signal is present.
Fig. 3 zeigt das Ablaufdiagramm für die Ansteuerimpulse der Schalter. Durch die bereits zu Fig. 2 beschriebene Ablaufsteuerung, die ebenfalls von der Hilfsspannung versorgt wird, werden die Schalter nacheinander für eine definierte Zeitdauer eingeschaltet. Fig. 3 shows the flow diagram for the control pulses of the switches. The sequence control already described for FIG. 2, which is also supplied by the auxiliary voltage, switches the switches on in succession for a defined period of time.
Die Länge der Einschaltzeit wird auf den im Datenblatt des Thyristors angegebenen Grenzwert minimiert, beispielhaft auf 101 µsec. Hierdurch werden sowohl die Sperrverluste der Thyristoren als auch der Leistungsbedarf der Zündeinheit minimiert. Der Energiebedarf der Thyristor- Zündstufe hängt bei konstanter Hilfsspannungsversorgung vom Effektivwert des Zündstromes aller Thyristoren ab.The length of the switch-on time is based on the limit specified in the data sheet of the thyristor minimized, for example to 101 µsec. As a result, both the blocking losses of the thyristors and the power requirement of the ignition unit is minimized. The energy requirement of the thyristor Ignition level depends on the effective value of the ignition current with constant auxiliary voltage supply of all thyristors.
Bei einem dauernden Zündstrom ist der Ausdruck unter der Wurzel gleich 1, der Spitzenstrom
ist die Summe der einzelnen Zündströme:
With a continuous ignition current, the expression under the root is 1, the peak current is the sum of the individual ignition currents:
IeffDauer = 3 * ITh I effDuration = 3 * I Th
Wird der Gatestrom der einzelnen Thyristoren mit einer kleinen Pulsdauer, wie beispielhaft
10 µsec, eingeschaltet, dann reduziert sich der Effektivstrom, wobei die Amplitude erhöht
werden muß:
If the gate current of the individual thyristors is switched on with a short pulse duration, such as 10 µsec, the effective current is reduced, the amplitude having to be increased:
Durch das zeitversetzte Einschalten wird der Energieverbrauch der Zündstufe weiter minimiert,
da die Amplitude des Stromes im Gegensatz zur Einschaltdauer quadratisch in den
Effektivwert eingeht:
The delayed switch-on further minimizes the energy consumption of the ignition stage, since the amplitude of the current, in contrast to the switch-on duration, is squared in the effective value:
Claims (2)
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