DE2008239B2

DE2008239B2 - Wechselrichter

Info

Publication number: DE2008239B2
Application number: DE19702008239
Authority: DE
Inventors: Robert Henry; King Kenneth Gordon; London Eastop
Original assignee: Westinghouse Brake and Signal Co Ltd
Current assignee: Siemens Mobility Ltd
Priority date: 1969-02-28
Filing date: 1970-02-21
Publication date: 1976-09-02
Also published as: AT314657B; SE370601B; GB1295839A; AU1200270A; FR2033420A1; DE2008239A1; BE746607A; FR2033420B1; CH550510A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselrichter gemäß Oberbegriff des o. a. Patentanspruchs 1.

Die österreichische Patentschrift 2 61 066 zeigt eine Phasensteuerung für einen Wechselrichter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 in Anwendung auf eine induktive Heizeinrichtung, bei welcher eine Impulsbildungs- und Verstärkereinheit zur Erfassung des Nulldurchgangs der Spannung und eine weitere derartige Einheit zur Erfassung des Nulldurchgangs des über einen Kondensator fließenden Stromes vorgesehen sind. Diese Einheiten liefern Signale zur Phasensteuerung, um die Zündzeitpunkte von in Brückenschaltung angeordneten Thyristoren festzulegen. Insgesamt werden bei dem bekannten Wechselrichter verhältnismäßig kompliziert aufgebaute Elemente benötigt, so sind zwei Impulsbildungs- und Verstärkereinheiten und entsprechende Zeitsteuerkreise und weiterhin ein Rückkopplungsstromkreis, um das Abschaltzeitintervall festzuhalten, erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zu schaffen, durch die die Gleichrichterelemente eines Wechselrichters der eingangs genannten Art in gewünschter funktioneller Abhängigkeit von sich ändernden Parametern der Ausgangsgrößen des Wechselrichters angesteuert werden können, ohne für diesen Zweck weitere Mittel einzusetzen.

Die Aufgabe wird durch einen Wechselrichter gemäß dem o. a. Patentanspruch 1 gelöst.

Im Vergleich zur bekannten Phasensteuerung werden durch den Wechselrichter gemäß der Erfindung die folgend aufgeführten Vorteile erzielt:

Es kann eine wesentlich einfacher aufgebaute Schaltung verwendet werden, so ist z. B. nur ein NuUdetektor im Vergleich zur komplizierten Phasensteuerung mit Zeitgeber und zwei Nulldetektoren notwendig. Obwohl bei der Phasensteuerung beim Wechselrichter gemäß der Erfindung weder der Nulldurchgang der Spannung noch der Nulldurchgang der nach der Zeit differenzierten Spannung zur Festlegung der Zündzeitpunkte herangezogen werden, ist dennoch eine direkte Steuerung des Abschaltzeitintervalls möglich. Darüber hinaus ist der Wechselrichter gemäß der Erfindung auch bei Wellenformverzerrungen und Übergangsvorgängen anwendbar, was insbesondere bei Anwendung des Wechselrichters auf Heizeinrichtungen wichtig ist, wenn Metallstücke zu schmelzen sind, die unregelmäßige Formen aufweisen und dadurch von Charge zu Charge zu unterschiedlichen Schmelzverhältnissen führen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Schaltung eines bekannten Wechselrichters, bei dem die Erfindung angewendet werden kann.

F i g. 2 zeigt Wellenformen, die zur Erläuterung der

\rbeitsweise eines Wechselrichters gemäß Fig. 1 jienen.

Fig.3 ist eine schematische Danteilung einer Schaltung eines Wechselrichters gemäß der Erfindung.

Fig-4 ist eine Darstellung des Gradienten zu einem bestimmten Zeitpunkt und der Ausgangswechelspannung ν als Funktion der Zeit.

Fig.5, 6, 7, 8a und 8b zeigen Schaltungen abgewandelter Ausführungen von Wechselrichtern gemäß der Erfindung.

F i g. 9 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß F i g. 3.

F i g. 10 zeigt eine weitere Abwandlung der Schaltung eines Wechselrichters gemäß F i g. 3.

Fig. 11 zeigt eine typische Charakteristik des κ Stromes / in dem nicht resistiven Zweig der Parallelanordnung als Funktion der Ausgangswech^elspannung v.

Fig. 12 zeigt eine Darstellung der Zündwinkelfunktion.

Fig. 13 zeigt eine Schaltung einer weiteren Ausführungsform eines Wechselrichters gemäß der Erfindung.

Fig. 14 zeigt die Ausgangswechselspannung, den -strom und die Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangswechselspannung als Funktionen der Zeit.

Fig. 15 zeigt eine Weiterbildung der Schaltung eines ^ Wechselrichters gemäß F i g. 6.

In Fig. 1 zeigt eine bekannte Schaltung eines Wechselrichters, bei dem vier steuerbare Haluleiter-Gleichrichterelemente 4,6,7 und 8 in Brückenschaltung angeordnet sind und bei dem die Last aus einer abgestimmten Z-C-Parallelschaltung mit ohmschem Widerstand besteht. Lm solcher Wechselrichter kann beispielsweise in Induktionsheizgeräten verwendet werden. Mit 1 und 2 sind Eingangsanschlüsse des Wechselrichters bezeichnet, die mit einer Gleichstromquelle verbunden sind. Der Eingangsanschluß 1 ist über eine Induktanz 3 mit den Gleichrichterelementen 4 und 6 verbunden, die mit nicht dargestellten Mitteln versehen sind, um diese abwechselnd leitend zu machen. Die Verbindungsstellen der Gleichrichterelemente 4 und 8 und 6 und 7 stellen die Ausgangsanschlüsse, stellen β und D, des Wechselrichters dar, und zwischen diese Anschlüsse ist ein Kondensator 9, eine Induktanz tO und ein ohmscher Widerstand 11 geschaltet, welche die Last bilden.

Im Betrieb des Wechselrichters gemäß F i g. 1 werden die steuerbaren Gleichrichterelemente in diagonalen Paaren leitend gemacht, d. h. die Gleichrichterclemente 4 und 7 bzw. 6 und 8 werden gleichzeitig leitend gemacht. Zufolge der Ladung auf dem Kondensator 9 so im Zündzeitpunkt des einen Paares von Gleichrichterelementen 4 und 7 wird das andere Paar von zuvor leitenden Gleichrichterelementen 6 und 8 nichtleitend gemacht, so daß eine kontinuierliche Schwingung erzeugt wird.

Damit der Wechselrichter gemäß F i g. 1 in der gewünschten Weise arbeitet, um einen zufriedenstellenden Ausgangsenergiepegel in Beziehung zu den Nennleistungen der Komponenten zu liefern, sollten zwei Bedingungen beachtet werden. f>o

Die erste Bedingung besteht darin, daß die Last dem Wechselrichter einen hohen Leistungsfaktor darbieten soll. Hieraus folgt, daß der Wechselrichter so nahe wie möglich bei der Resonanzfrequenz des Ausgangskreises arbeiten muß. Wenn sich der Unterschied zwischen diesen Frequenzen vergrößert, steigen die Ausgangswechselspannung und die Spannung an den Gleichrichterelemenieri relativ zur Eingangsgleichspannung ohne einen entsprechenden Anstieg der verfügbaren Ausgangsenergie an, die durch die Eingangsgleichspannung und den Nennstrom der Gleichrichterelemente bestimmt ist

Die zweite Bedingung ist, daß der Kondensator der Last an demjenigen Zeitpunkt, an welchem ein gegebenes Paar von Gleichrichterelementen leitend gemacht wird, eine angemessene Ladung aufweist Diese Ladung soll während einer ausreichenden Zeit verfügbar bleiben, damit das Paar zuvor leitender Gleichrichterelemente nichtleitend gemacht werden kann.

Daraus folgt daß die Gleichrichterelemente mit einer Frequenz getriggert werden müssen, die etwas über der Resonanzfrequenz des Ausgangskreises liegt. Demgemäß ist es erwünscht, eine Stromkreisanordnung vorzusehen, welche die steuerbaren Gleichrichterelemente paarweise zu einem geeigneten Zeitpunkt in der Ausgangswechselspannung des Wechselrichters triggert, um die obengenannten Bedingungen so weit wie möglich zu erfüllen.

Wird angenommen, daß die Induktanz 3 verhältnismäßig groß ist, so ist der Ausgangswechselstrom im wesentlichen geglättet, und der über die Last fließende Strom kann im wesentlichen als Rechteckwellenstrom angesehen werden. Unter der weiteren Annahme, daß die Last einen angemessen niedrigen Dämpfungsfaktor hat, kann die Spannung an der Last als im wesentlichen sinusförmig angesehen werden. Um die obengenannte erste Bedingung zu erfüllen, müssen die Ausgangswechselspannung und der Ausgangswechselstrom nahezu in Phase sein, so daß die Spannungsnulldurchgänge nahe den StromnuUdurchgängen liegen, wobei die verhältnismäßig kleinen Überlappungswirkungen an den Zeitpunkten vernachlässigt werden, an denen die steuerbaren Gleichrichterelemente paarweise leitend gemacht werden.

Wird die Situation betrachtet, in welcher die Gleichrichterelemente 4 und 7 leitend sind, so ist die Augenblicksspannung an der Stelle B für den größten Teil der Zeit im Vergleich zu der an der Stelle D positiv und die Augenblicksspannung an der Stelle A für den größten Teil der Zeit im Vergleich zu der an der Stelle C positiv. Aus Vorstehendem ist ersichtlich, daß dieser Zustand fortdauern sollte, wenn die Gleichrichterelemente 6 und 8 leitend gemacht werden, um zu gewährleisten, daß an die Gleichrichterelemente 4 und 7 Sperrspannungen angelegt werden, um diese wählend der leitenden Periode der Gleichrichterelemente 6 und 8 nichtleitend zu halten. Die Gleichrichterelemente 6 und 8 müssen somit Triggersignale vor dem Ende der Halbperiode der Ausgangswcchselspannung des Wechselrichters empfangen.

Es wird nunmehr auf die graphischen Darstellungen der Wellenformen gemäß Fig. 2 Bezug genommen, in welcher die Kurve (<i). die im wesentlichen rechteckige Wellenform des Ausgangswechselstroms des Wechselrichters, die Kurve ffcjdie im wesentlichen sinusförmige Wellenform der Ausgangswcchselspannung zwischen den Stellen B und D und die Kurve (c) die Wellenform der zwischen den Stellen A und C" vorhandenen Spannung zeigt. Es wird angenommen, daß die Gleichrichterelemente 4 und 7 zu dem Zeitpunk', t-, getriggcn werden und daß die Gleichrichlerclcmente 6 und 8 zuvor leitend sind. Dadurch wird an die Gleichrichterelemente 6 und 8 eine Sperrspannung angelegt, die bis /um Fnde der Halbperiode, nämlich bis /um Zeitpunkt /> bestehen bleibt. Um zu gewährleisten.

daß die beiden Gleichrichterelemente 6 und 8 nichtleitend gemacht werden, darf das Zeitintervall zwischen /ι und h nicht kürzer als die Abschaltzeit der Gleichrichterelemente sein. Im Gegensatz hierzu wird bevorzugt, daß das Zeitintervall zwischen ii und t₂ die Abschaltzeit um nicht mehr als einen angemessenen Betrag überschreitet, damit der Wechselrichter fortlaufend Energie abgeben kann.

In Fi g. 3 ist schematisch ein Wechselrichter von der in F i g. 1 wiedergegebenen Art in Form eines Blockes

12 dargestellt, dessen Ausgang an einen Lastschwingkreis geschaltet ist, der wie zuvor die Last, den Kondensator 9, die Induktanz 10 und den ohmschen Widerstand 11, enthält. Parallel zum Kondensator 9 ist ein Nulldetektor 13 in Reihe mit einer Parallelanordnung eines Kondensators 14 und eines ohmschen Widerstandes 15 geschaltet. Der Ausgang des Nulldetektors 13 ist an eine Steuerimpulseinrichtung 16 angeschlossen, die geeignete Triggersignale an die steuerbaren Gleichrichterelemente des Wechselrichters anlegt.

Wird angenommen, daß der Kondensator 14 eine Kapazität C und der ohmsche Widerstand 15 einen Widerstandswert R hat, dann ist der zum Nulldetektor

13 fließende Strom Null, wenn

¹X = C ^dr'
R dt

ist, wobei V| der Augenblickswert der Ausgangswechselspannung ist, der an dem geforderten Triggerzeitpunkt ii vorhanden ist (F i g. 2) und V · sin ωί\ beträgt. Wenn der zur Zeitspanne f2—Ί gehörende Winkel mit β bezeichnet wird, dann ist unter der Annahme, daß der Winkel β klein ist und daher der tan]? im wesentlichen gleich β ist, leicht ersichtlich, daß durch geeignete Wahl der Kapazität C des Kondensators 14 und des Widerstandswertes R des ohmschen Widerstandes 15 eine im wesentlichen konstante Löschzeit erzeugt werden kann.

In dem Maße, in dem die Annahme tan/? = /J gerechtfertigt ist, ist das obengenannte Ergebnis nicht vom Vorhandensein einer sinusförmigen Differenzspannung zwischen den Stellen A und C(Fig. 1) abhängig, weil diese Annahme lediglich für einen Bereich der Ausgangswechselspannung gemacht wird, in dem diese als gerade Linie angesehen werden kann, wie dies aus

F i e. 4 ersichtlich ist, in welcher der Gradient -;■'- zu ^c αϊ

einem bestimmten Zeitpunkt und die Ausgangswechselspannung dargestellt sind.
Unter Bezugnahme auf F i g. 4 ist ersichtlich, daß

ist und mit

ergibt sich

dt

df

f, - f₃ = RC = konst.

Das tatsächliche Abschaltintervall weicht geringfügig von RCab, und zwar weil f? tatsächlich nicht mit h (dem Schnittpunkt der Tangente mit der Zeitachse) zusammenfällt. Es ist daher zu bemerken, daß beding! durch die Abfühlanordnung nach Fig. 3 bei zunehmenden Frequenzen eine allmähliche Zunahme des Winkels β erfolgt, diese Zunahme nicht in idealem Ausmaß erfolgt. s Dennoch kann die Diskrepanz zwischen der zwischen t\ und ti liegenden Zeitspanne, die durch die Anordnung geschaffen ist, und der erforderlichen tatsächlichen Abschaltzeit, noch kleiner sein als diejenige, die durch andere Systeme geschaffen wird, die eine Kommutation

ίο auf der Basis eines konstanten Auslöschwinkels herbeiführen.

Der Nulldetektor 13 der Ausführungsform gemäß Fig. 3 kann von irgendeiner geeigneten Ausbildung sein, und vorzugsweise kann eine polaritätsempfindliche Anordnung vorgesehen sein, damit die Triggerimpulse für die steuerbaren Gleichrichterelemente nur zu denjenigen Gleichrichterelementen gerichtet werden, die leitend gemacht werden sollen. Eine solche Anordnung ist in der Schaltung gemäß F i g. 5 dargestellt.

Bei der Schaltung gemäß F i g. 5 sind die Anschlüsse, die Stellen B und D, über die oben genannte Parallelanordnung des ohmschen Widerstandes 15 und des Kondensators 14 mit den Basiselektroden von Transistoren 17 und 18 entgegengesetzten Typs verbunden. Die Transistoren 17 und 18 haben Kollektorwiderstände 19 bzw. 20, welche mit der positiven bzw. der negativen Speiseleitung verbunden sind. Die Emitter der Transistoren 17 und 18 sind mit der Nullbezugsleitung verbunden. Der Kollektor des Transistors 18 ist mit der Basis eines Umkehrtransistors 21 verbunden, der mit Bezug auf den Transistor 18 von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp ist und dessen Emitter über einen Widerstand 22 an die negative

3s Speiseleitung angeschlossen ist. Der Kollektor des Umkehrtransistors 21 ist über einen weiteren Widerstand 23 mit der positiven Speiseleitung verbunden und weiterhin so angeschlossen, daß er einer Steuerimpuiseinrichtung 24 ein Ausgangssignal zuführt, die Triggerimpulse für die Gleichrichterelemente 4 und 7 des Wechselrichters gemäß Fig. 1 liefert. In ähnlicher Weise ist der Kollektor des Transistors 17 an eine weitere Steuerimpulseinrichtung 25 angeschlossen, um durch diese Triggersignale an die Gleichrichterelemente 6 und 8 des Wechselrichters anzulegen.

Die Transistoren 17 und 18 in dieser Schaltung arbeiten als Schalter, um die Steuerimpulseinrichtungen 24 und 25 zu steuern, und es ist ersichtlich, daß während des Hauptteiles der Halbperiode der Spannung zwischen den Stellen B und D, wenn die Gleichrichterelemente 4 und 7 leitend sind, ein positiver Antrieb an den Basiselektroden der Transistoren 17 und 18 vorhanden ist und daß daher die Steuerimpulseinrichtung 24 erregt ist, wohingegen die Steuerimpulseinrichtung 25 entregt ist Zu dem Zeitpunkt, zu welchem der Strom über den Kondensator 14 den Strom durch den ohmschen Widerstand 15 ausgleicht kehrt sich der Zustand um, so daß das an die Steuerimpulseinrichtung 24 angelegte Signal weggenommen wird und der Transistor 17 Erregungssignale an die Steuerimpulseinrichtung 25 anlegt, um ein Triggersignal für die Gleichrichterelemente 6 und 8 zu erzeugen. Dieser Vorgang wird fortgesetzt webe: «lie Gleichrichterelemente 4 und 7 bzw. 6 und 8 abwechselnd paarweise getriggert werden.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform eines Wechselrichters gemäß der Erfindung (F i g. 6) ist ein Transformator zwischen die Stellen B und D und die

Abfühlschaltung geschaltet, um eine Isolierung oder Trennung zu schaffen oder einen geeigneteren Spannungspegel zu erhalten.

Bei der Schaltung nach F i g. 6 sind die Stellen B und D mit der Primärwicklung eines Transformators 26 verbunden. Die Enden seiner Sekundärwicklung sind mit getrennten Abfühlanordnungen verbunden von denen die eine einen Kondensator 14a und einen ohmschen Widerstand 15a und die andere einen Kondensator 14b und einen ohmschen Widerstand 15έ> enthält. Diese Abfühlanordnungen sind mit Basisantriebskreisen von Transistoren 27 und 28 verbunden, die Kollektorwiderstände 29 bzw. 30 haben, über welche die Kollektoren an die positive Speiseleitung angeschlossen sind. Die Emitter der Transistoren 27 und 28 sind gemeinsam mit einer Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Transformators 26 an die negative Speiseleitung angeschlossen, wobei Dioden 33a und 33b jeweils zwischen die Basis und den Emitter der Transistoren 27 und 28 geschaltet und mit Bezug auf die Basis-Emitter-Verbindungen umgekehrt gepolt sind, so daß Strompfade in beiden Richtungen geschaffen sind. Die Kollektoren der Transistoren 27 und 28 sind weiterhin an Steuerimpulseinrichtungen 31 bzw. 32 für die Gleichrichterelemente 4 und 7 bzw. 6 und 8 angeschlossen.

Die Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig.6 ist leicht zu erkennen, und es ist ersichtlich, daß die Transistoren 27 und 28 abwechselnd leitend gemacht werden, um die Steuerimpulseinrichtung 32 und 31 wirksam zu machen und Triggersignale an die Paare von Gleichrichterelementen des Wechselrichters anzulegen.

Bei einer weiteren Ausführungsform eines Wechselrichters gemäß der Erfindung (Fig. 7) sind die Steuerimpulseinrichtungen mit der Eingangsseite des Wechselrichters und nicht mit der Ausgangsseite verbunden, wie es vorangehend vorgeschlagen wurde. Da die Eingangsgleichspannung in irgendeiner Stromhalbperiode eine Abbildung der Ausgangswechselspannung ist. kann die gleiche Vergleichsbasis verwendet werden, wobei nicht vergessen werden darf, daß die Polarität des Eingangssignals in jeder Halbperiode identisch ist und nicht wechselt, wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Der Nulldetektor für diese Arbeitsweise kann daher etwas einfacher als der bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendete sein, da es notwendig ist, mit Signalen einer einzigen Polarität zu arbeiten, wobei es jedoch erwünscht ist, einen Stromkreis hinzuzufügen, um die Zündimpuls.e zu den entsprechenden Paaren von Gleichrichterelementen des Wechselrichters zu richten.

In der Schaltung gemäß F i g. 7 werden die an den steuerbaren Gleichrichterelementen 7 und 8 erscheinenden Spannungen dazu verwendet werden, das Lenken der Triggerimpulse während des periodischen Arbeitens zu konditionieren.

In F i g. 7 ist wiederum der Wechselrichter mit seinen Einzelteilen dargestellt wobei den Ausführungsformen gemäß F i g. 1 und 3 entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im vorliegenden Fall ist die Abführanordnung, die eine Diode 33 enthält an den Ausgang der Induktanz 3 angeschlossen. Die Diode 33 ermöglicht, daß in der Parallelanordnung des Kondensators 14 und des ohmschen Widerstands 15 ein Strom in Sperrichtung fließt. Die Parallelanordnung begrenzt die Sperrspannung zwischen der Basis und dem Emitter eines Transistors 34, wobei die Verbindungsstelle zwischen der Diode 33 und dem Kondensator 14 und dem Widerstand 15 ist an die Basis des Transistors 34 angeschlossen und dessen Kollektor sowohl über einen Kollektorwiderstand 35 mit der positiven Speiseleitung als auch mit den Kollektoren weiterer Transistoren 37 und 38 über diesen zugeordneten Kollektorwiderstände 39 bzw. 40 verbunden ist.

Die Basiselektrode des Transistors 37 ist an den Kollektor eines weiteren Transistors 41 angeschlossen, dessen Basiselektrode über einen Widerstand 42 und über eine Diode 43 mit der Stelle B des Wechselrichters verbunden ist. In ähnlicher Weise ist die Basis des Transistors 38 an den Kollektor eines weiteren Transistors 44 angeschlossen, dessen Basis über einen Widerstand 45 und über eine Diode 46 mit der Stelle D des Wechselrichters verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren 37 und 38 sind weiterhin an Steuerimpulseinrichtungen 31 bzw. 32 angeschlossen, die den zuvor beschriebenen Steuerimpulseinrichtungen 16,24 und 25 ähnlich sind.

Im Betrieb der Schaltung gemäß F i g. 7 ist unter der Annahme, daß die Gleichrichterelemente 4 und 7 leitend sind, das Potential an der Stelle B positiv, so daß ein positiver Antrieb an die Basis des Transistors 41 angelegt wird, um diesen leitend zu machen. Hierdurch wird das Antriebssignal für den Transistor 37 zurückgehalten, so daß der Transistor 37 nichtleitend bleibt. Daher wird die Kollektorspannung des Transistors 37, deren genauer Wert von der an dem Widerstand 39 zufolge des von der Steuerimpulseinrichtung 31 abgezogenen Stromes abfallenden Spannung abhängig ist, an den Eingang der Steuerimpulseinrichtung 31 angelegt.

Bevor sich der Strom aus der Parallelanordnung des Kondensators 14 und des ohmschen Widerstands 15 dem Wert Null nähert, ist der Transistor 34 leitend, so daß die an der Steuerimpulseinrichtung 31 angelegte Spannung sich im wesentlichen auf dem Wert der Spannung der negativen Speiseleitung befindet. Wenn der Strom den Wert Null erreicht, wird der Transistor 34 leitend und erzeugt einen Übergang der Eingangsspannung für die Steuerimpulseinrichtung 31 auf einen positiven Wert, wodurch ein Triggersignal für die Gleichrichterelemente 6 und 8 eingeleitet wird, so daß die Gleichrichterelemente 6 und 8 leitend werden und die Gleichrichterelemente 4 und 7 zufolge der Spannung an dem Kondensator 9 in den nichtleitenden Zustand geschaltet werden. Nachfolgend wird der Wert der Spannung an der Stelle B negativ, und der Transistor 41 wird in den nichtleitenden Zustand und der Transistor 44 in den leitenden Zustand gebracht so daß der Transistor 38 wirksam gemacht ist um ein positives Signal an die Steuerimpulseinrichtung 32 anzulegen wenn der nächste Stromnulldurchgang eintritt der vor dem Transistor 34 festgestellt wird, der als nächste! seinen nichtleitenden Zustand erreicht Die Gleich richterelemente 4 und 7 empfangen dann Triggersigna Ie. und der Arbeitskreislauf wiederholt sich.

Während bei den oben beschriebenen Ausführungs formen von Wechselrichtern gemäß der Erfindung zui Feststellung bzw. zum Abfühlen des Nullstromes eine Parallelanordnung des Kondensators 14 und de: ohmschen Widerstandes 15 herangezogen wird, besteh eine andere Arbeitsweise zum Erhalten eines abgeleite ten Signals, das £- proportional ist darin, anstelle eine; Kondensators ein induktives Glied zu verwenden. Eini solche Anordnung ist in Fig. 8a und Fig.8b in zwe möglichen Ausführungsformen dargestellt Bei diese

Anordnung wird ein induktives Glied mit einem Widerstand in Reihe mit einem Strom gespeist, der im wesentlichen proportional der Ausgangswechselspannung des Wechselrichters ist, und diese Reihenschaltung ist an einen Nulldetektor 49 angeschlossen.

Wenn der Widerstand den Wert R und das induktive Glied die Induktivität L hat, ergibt sich für die Spannung der Reihenschaltung, die von dem Nulldetektor 49 abgefühlt wird:

Ri =

Ldi

und wenn diese Null ist, ergibt sich

Ri= -L *L di

Für das Intervall h bis fj in F i g. 4 ergibt sich dann

d/
~d7

L ~R

Die Ausschaltzeit beträgt

L· . JL-

R tan [S

Der Strom, der der Ausgangswechselspannung proportional ist, kann abgeleitet werden, indem einfach ein genügend großer Widerstand in Reihe mit dem Widerstand und dem induktiven Glied verwendet wird, oder mittels eines Verstärkers mit einem Ausgangskreis hoher Impedanz. Geeigneter Schaltungen sind für den Fachmann auf diesem Gebiet leicht erkennbar. Weiterhin kann, wie in F i g. 8b angedeutet, das induktive Glied durch eine doppelt gewickelte Induktionsspule ausgebildet werden.

Bei einer weiteren abgewandelten Ausführungsform eines Wechselrichters, bei dem in der Abfühlanordnung ein Kondensator verwendet wird, kann ein differenziertes Ausgangssignal von dem Kondensator 9 der Last abgeleitet werden, statt von einem Hilfskondensator, wie dem Kondensator 14, der speziell für diesen Zweck vorgesehen ist. Wahlweise kann auch ein Hilfskornmu tierungskondensator zu diesem Zweck verwendet werden, wenn dieser aus anderen Gründen vorgesehen ist. Ein Stromtransformator kann verwendet werden, um das differenzierte Signal von dem Kondensator auf einem zweckmäßigeren Strompegel zu erhalten, wenn dies in Übereinstimmung mit der besonderen verwendeten Schaltung gewünscht wird.

Aus Vorstehendem ist ersichtlich, daß durch die Erfindung ein Steuersystem geschaffen ist, welches Zündimpulse für die Gleichrichter oder Thyristoren des Wechselrichters zu Zeitpunkten einleiten kann, die den Nulldurchgängen der Ausgangswechselspannung um ein im wesentlichen konstantes Intervall vorangehen, und zwar in einem beträchtlichen Bereich unabhängig von der Frequenz. Der Auslöschwinkel β ist demgemäß der Arbeitsfrequenz im wesentlichen proportional.

Weiterhin wird das Arbeiten der vorstehend beschriebenen Schaltungen durch die Amplitude der Ausgangswechselspannung des Wechselrichters oder im Fall des induktiven Stromkreises durch das Verhältnis von Strom zu Spannung in der induktiven Abfühlanordnung nicht grundsätzlich beeinflußt. Es kann erwünscht sein, Vorteil aus dieser Tatsache zu ziehen, um den Amplitudenbereich des Eingangssignal: für die Steuerimpulseinrichtung mit sich ändernde; Ausgangswechselspannung des Wechselrichters zi verkleinern, indem eine zweckentsprechende Ausfüh rungsform eines Begrenzungswiderstandes, beispiels weise eines Eisenwasserstoffwiderslandes, in Reihe mi den Komponenten des Nulldetektors vorgesehen wird So kann bei den Ausführungsformen gemäß F i g. 8a unc 8b in der Stromeingangsleitung zu dem Widerstand eir a Eisenwasserstoffwiderstand angeordnet werden, bcvoi der Eingang mit dem Nulldetektor 49 verbunden wird.

Die Vorschläge gemäß vorstehender Beschreibung ermöglichen es, einen annähernd konstanten Zündwinkel der steuerbaren Gleichrichterelemente in bezug aul die Ausgangswechselspannung zu schaffen, und um dies zu erreichen, können verhältnismäßig einfache Mittel vorgesehen sein, jedoch kann, obwohl solche einfachen Mittel für das Arbeiten über verhältnismäßig kleine Bereiche von Frequenz, Strom und Spannung geeignet sein können, eine gewisse weitere Ausgestaltung der oben beschriebenen etwas begrenzten Ausführungsformen der Erfindung für allgemeinere Anwendungen erwünscht sein. Dies erfordert, wie es nachstehend erkennbar wird, eine absichtliche gesteuerte Abweichung von der annähernd konstanten Auslöschzeit für die steuerbaren Gleichrichterelemente in bezug auf die Ausgangswechselspannung.

Die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform eines Wechselrichters ist im wesentlichen die gleiche wie die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß ein Widerstand 51 absichtlich in den kapazitiven Zweig der Parallelanordnung von Kondensator 14 und ohmschen Widerstand 15 eingeführt ist, die an die Ausgangsanschlüsse des Wechselrichters angeschlossen ist. Diese Schaltung schafft ein Abschaltimervall, das steh mit abnehmender Frequenz vergrößert. Es «ann daher erreicht werden, daß die notwendige Spannung für die Kommutation verfügbar ist wenn die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters verringert wird, wobei eine solche Verringerung beispielsweise als trgebnis einer Änderung der Charakteristik der Last auftritt.

Bei einer gegebenen verhältnismäßig hohen Frequenz führt die Hinzufügung des Widerstandes 51, wodurch die Amplitude und der Phasenwinkel des Mromes in dem kapazitiven Zweig der Parallelanordnung verkleinert werden, zu dem Bestreben, das Abschaltintervall zu verkürzen. Die Werte des Kondensators 14 und des ohmschen Widerstandes 15 müssen für die gleichen typischen Schaltungscharakteristiken etwas hoher sein, um hierfür in der Praxis einen Ausgleich zu schaffen. Bei relativ niedrigeren Frequenzen hat der Widerstand 51, da die Reaktanz des Kondensators 14 großer ist eine geringere Wirkung, und die Vergröße-T«" ^Wi.^derstands- bzw. des Kapazitätswertes schafft eine Uberkompensation hierfür und führt zu einer Verlängerung des Abschaltintervalls.

Es wird daran erinnert, daß ein induktives Analog der Parallelanordnung gemäß Fi g. 3 in den oben erläuterten F 1 g. 8a und 8b vorgeschlagen wurde, und es ist

ur'b ' ^{daß eine Wirkun}g erhalten wird, die der Wirkung ähnlich ist, die bei der Parallelanordnung gemäß Fig. 9 erhalten werden kann, indem ein verhältnismäßig großer Widerstand dem induktiven ulied in der Anordnung gemäß Fig. 8a oder 8b parallelgeschaltet wird.

Die beschriebenen Abwandlungen gemäß Fig. 3. 8a oder 8b können die gewünschte Arbeitscharakierisiik

schaffen, indem die für die (Commutation verfügbare Spannung aufrechterhalten bleibt, wenn die Frequenz verringert wird, wohingegen bei der einfachen Ausführung gemäß Fig. 3 oder Fig. 8a oder 8b eine Verringerung der Frequenz zu dem Bestreben führt, die verfügbare Kommutationsspannung zufolge des im wesentlichen konstanten Abschaltintervalls herabzusetzen. Eine ähnliche Wirkung kann sich aus Änderungen der Amplitude der Ausgangswechselspannung ergeben, und ein mögliches Erfordernis bei einem Wechselrichter der beschriebenen Art besteht darin, in ähnlicher Weise das Abschaltintervall zu verlängern, wenn die Ausgangswechselspannung kleiner als ein gegebener maximaler Wert ist. Hierdurch kann die Geschwindigkeit des Aufbaus der Ausgangswechselspannung des i-, Wechselrichters beim Beginn des Arbeitens vergrößen werden, und es wird die zufriedenstellende !Commutation bei mit hohem Strom und niedriger Spannung erfolgendem Arbeiten unterstützt, d. h. wenn die Last eine niedrige Impedanz aufweist.

Um dies möglich zu machen, kann eine Vorspannung, die nicht notwendigerweise, jedoch vorzugsweise eine feste Vorspannung ist, in die Äbfühlanordnung der oben beschriebenen Schaltungen eingeführt werden. Stattdessen kann der Widerstand in dem die Spannung oder den Strom abfühlenden Teil der Schaltung so gewählt werden, daß er nicht linear ist, um eine Einstellung der relativen Anteile der Signale in dem kapazitiven und dem ohmschen Zweig der Parallelanordnung zu ermöglichen, mit der der Nulldetektor verbunden ist.

Unter Bezugnahme auf die oben erläuterte Schaltung gemäß F i g. 7 kann die vorgeschlagene Vorspannungsgröße ein fester negativer Vorspannungsstrom sein, welcher der Basis des Transistors 34 in der Schaltung gemäß F i g. 7 zugeführt wird. Diese Vorspannung hat \s das Bestreben, die Wirkung des Stromes in dem ohmschen Zweig, d. h. über den Widerstand 15, zu verschieben, damit der Nuiistrom zu einem früheren Zeitpunkt in den Halbperioden des Wechselrichters abgefühlt wird. Die Wirkung des Vorspannungsstromes wird verringert, wenn die Ausgangsv/echselspannung des Wechselrichters zunimmt, und die;; führt dazu, daß das Abschaltintervall sich umgekehrt zu der Ausgangswechselspannung ändert.

Eine Abwandlung der Schaltung gemäß Fig.3, die dahingehend arbeitet, die Proportionalität zwischen den an den Nulldetektor 13 angelegten Signalen zu ändern. ist in Fig. 10 dargestellt. Diejenigen Komponenten in Fig. 10. die den Komponenten der Anordnung gemäß F i g. 3 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es ist ersichtlich, daß parallel zum Widerstand 15 eine Gleichrichterbrücke geschaltet ist. die aus vier Dioden 52, 53, 54 und 55 besteht. Mittels dieser Gleichrichterbrücke und zweier Zenerdioden 56 und 57 können zusätzliche Widerstände 58 und 59 parallel zum Widerstand 15 geschaltet werden. Die Komponenten der Gleichrichterbriicke sind vorgesehen, damit die Parallelanordnung auf Wechselstrom ansprechen kann. Die Zenerdioden 56 und 57 leiten bei verschiedenen Pegeln, um die Widerstände 58 und 59 einzuschalten und dadurch die Zeitkonstante des RC-Kreises herabzusetzen, wenn sich die Ausgangswechselspannung des Wechselrichters erhöht Hierdurch wird das Abschaltintervall progressiv verkleinert. Eine typische Charakteristik für die Parallelanordnung. die den Strom ; in dem nicht resistiven Zweig in Abhängigkeit von der Ausgangswechselspannung ν wiedergibt, ist in F i g. 11 dargestellt

Eine analoge Abwandlung der oben in Verbindung mit F i g. 8a und 8b beschriebenen Anordnungen, um die umgekehrte Änderung des Abschaltintervalls mit der Ausgangswechselspannung des Wechselrichters zu erzielen, kann dadurch erhalten werden, daß beispielsweise die Anordnung so getroffen wird, daß der Widerstand des ohmschen Zweiges der Parallelanordnung sich mit der Ausgangswechselspannung effektiv erhöhi. Dies kann durch die Verwendung eines Widerstandes mit positivem Temperaturkoeffizienten erreicht werden. Stattdessen kann auch ein Strombegrenzungskreis verwendet werden. Als weitere Abwandlung kann der induktive Zweig so ausgeführt sein, daß er die Spannung verringert, indem der induktive Zweig oder ein Teil von ihm durch eine geeignete Sättigungssteuerwicklung gesättigt werden kann. Die Wirkung ist dann der Wirkung analog, die von der Stromkreisausführung gemäß F i g. 10 erzeugt wird.

Es ist an dieser Stelle besonders zu bemerken, daß die Augenblicksspannung bei Beginn der Kommutierung eines gegebenen steuerbaren Gleichrichterelementes in einem Wechselrichter, wie er beispielsweise oben in Verbindung mit Fig. 10 beschrieben ist, durch die Frequenz beeinflußt wird. Demgemäß kann ein nichtlinearer Stromkreis, der das Bestreben hat, eine Änderung des Abschaltintervalls mit der Änderung der Frequenz zusätzlich zur Spannung einzuführen, vorteilhaft sein. Wenn der nichtlineare Stromkreis, der effektiv durch den Widerstand 15 und die parallel zu ihm geschalteten Komponenten geschaffen ist, eine Charakteristik hat, die annähernd einem quadratischen Gesetz entspricht, so daß der Augenblicksstrom in ihm durch ;=2v² ausgedrückt werden kann, wobei a eine Konstante ist, dann wird der Zündpunkt für das steuerbar Gleichrichterelemen; durch den Ausdruck

	aV	^Jsin	²IU	f= -	2 aV	- VojCcos	ü)(
bestimmt	woraus	SiCn CTgIcI
	cos .;	=			C iV
oder			■ ⁼
			sin²,·'
			2 cos""' '
*2ü\*

Es ist daher ersichtlich, daß die Wirkung der Schaltung, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist, darin besteht, daß der Zündwinkel in bezug auf die Ausgangswechselspannung des Wechselrichters von dem Verhältnis der Ausgangsfrequenz zu der Ausgangswechselspannung in einer Weise abhängig ist, die in Fig. 12 durch die Kurve dargestellt ist, welche die Größe des Zündwinkels S in Graden in Abhängigkeit

von der Größe y',-. wiedergibt.

Die in Fig. 12 gezeigte Charakteristik kann so gewählt werden, daß in einer verhältnismäßig einfachen Ausführung ein vorteilhafter Kompromiß zwischen den entgegenstehenden allgemeinen Anforderungen hinsichtlich konstanter Abschaltzeit, um die maximal verfügbare Ausgangsenergie über einen Bereich von Betriebsfrequenzen aufrechtzuerhalten, und hinsichtlich der erforderlichen Kommutierungsspannung erhalten wird, um zu gewährleisten, daß die steuerbaren Gleichrichterelemente bei allen erforderlichen Pegeln

des Ausgangswechselstromes für den Wechselrichter kommutiert werden könner.

Aus Vorstehendem ist ersichtlich, daß bei allen bisher beschriebenen Schaltungen ein gewisser Kompromiß getroffen ist. Es ist zu bemerken, daß für eine gegebene Ausführung zum Abfühlen einer gesteuerten Beziehung zwischen den Signalen, die einerseits einer Potenz der Ausgangswechselspannung und andererseits der Ableitung der Ausgangswechselspannung proportional sind, schlechtere als ideale Betriebscharakteristiken erhalten werden können, wenn ein großer Bereich des Leistungsfaktors der Last, der Ausgangfrequenz und der Ausgangswechselspannung des Wechselrichters aufgenommen werden soll. Es muß daher davon ausgegangen werden, daß von einer einfachen Abfühlanordnung, die mit dem Ausgang des Wechselrichters verbunden ist, nicht erwartet werden kann, daß sie ein optimales Arbeiten unter allen Bedingungen gewährleistet. Der maximale Löschwinkel für die steuerbaren Gleichrichterelemente in bezug auf die Ausgangswechselspannung des Wechselrichters hängt, wie deutlich ersichtilich, von vielen Faktoren ab.

Wenn eine Abweichung von der grundsätzlichen Einfachheit der bisher beschriebenen Schaltungen wirtschaftlich akzeptiert werden kann, können mehrere Abfühlanordnungen mit dem Ausgang des Wechselrichters verbunden werden. Jede dieser Abfühlanordnungen kann so ausgeführt werden, daß sie einen geeigneten Zündzeitpunkt für die steuerbaren Gleichrichterelemente in Beziehung zu der Ausgangswechselspannung über einen begrenzten Bereich von Betriebsparametern anzeigt, um die Kommutation der steuerbaren Gleichrichterelemente im Ansprechen auf die früheste Anzeige, die unter den herrschenden Bedingungen akzeptierbar ist, einzuleiten.

Eine entsprechende Schaltung ist in schematischer Form in Fig. 13 wiedergegeben und stellt eine Abwandlung der grundsätzlichen Schaltung dar, die oben in Verbindung mit F i g. 3 beschrieben worden ist, wobei diejenigen Bauteile, die den Bauteilen der Schaltung gemäß F i g. 3 entsprechen, mit gleichen Bezugbzeichen versehen sind. So ist auch hier über den Ausgang des Wechselrichters eine Parallelanordnung geschaltet, die den Widerstand 15 und den Kondensator 14 aufweist und mit dem zugeordneten Nulldetektor 13 verbunden ist, der seinerseits an die Steuerimpulseinrichtung 16 angeschlossen ist. Zusätzlich ist ein weiterer Nulldetektor 60 vorgesehen, der einerseits an einen Widerstandszweig 61 und andererseits an einen Stromtransformator 62 angeschlossen ist, der eine auf den Ausgangsstrom des Wechselrichters ansprechende Sekundärwicklung aufweist, der Widerstände 63 und 64 zugeordnet sind.

Während der Nulldetektor 13 dahingehend arbeitet, einen Nullstrom festzustellen, der Signalen entspricht, die der Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangswechselspannuiig und der Ausgangswechselspannung selbst proportional sind, wie es oben beschrieben wurde, stellt der Nulldetektor 60 Nullstromsignale fest, die der Ausgangswechselspannung und dem Ausgangswechselstrom des Wechselrichters proportional sind. Die Proportionalitäten können optimiert werden, um den geforderten minimalen Auslöschwinkel in einem Verhältnis zu der Ausgangswechselspannung über Bereiche der Ausgangswechselspannung und des -stromes zu erhalten, wodurch eine Anpassung über einen Belastungsbereich geschaffen ist.

Es ist zu bemerken, daß die zusätzlichen Stromkreise, die dem Stromtransformator 62 zugeordnet sind, das Bestreben haben, Ausgangsimpulse nahe dem Beginn jeder Ausgangswechselstromhalbperiode zu erzeugen, und diese Impulse können durch einen zwischen dem Nulldetektor 60 und der Steuerimpulseinrichtung 16 angeordneten geeigneten Ausblend- oder Torstromkreis unterdrückt werden, der auf die Änderungsgeschwindigkeit von niedrigen Spannungen anspricht.

Eine etwas wirtschaftlichere Ausführung, basierend auf der Schaltung gemäß Fig. 13 kann verwirklicht werden, indem nur ein einziger Nulldetektor an Stelle der beiden Nulldetektoren 13 und 60 gemäß Fig. 13 verwendet wird. In diesem Fall werden dem einzigen Nulldetektor drei Eingänge zugeführt, die der Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangswechselspannung bzw. dem -strom und der Ausgangswechselspannung an den Ausgangsanschlüssen des Wechselrichters proportional sind. Der Nulldetektor wird dann so ausgeführt, daß er den Zündimpuls für die steuerbaren Gleichrichterelemente liefert, wenn die Summe der drei Signale NuIi ist. Die Teilungsimpedanzen, welche die Verhältnisse der drei Signale zueinander bestimmen, können so ausgeführt sein, daß bei der niedrigsten in Frage kommenden Betriebsfrequenz, bei der die Anforderung hinsichtlich der Abschaltzeit der steuerbaren Gleichrichterelemente verhältnismäßig unbedeutend ist, der Zündzeitpunkt in geeigneter Weise durch die Beziehung zwischen der Ausgangswechselspannung und dem -strom bestimmt wird, wohingegen bei höheren Frequenzen und geringeren Strömen ein angemessenes Abschaltintervall durch die Beziehung zwischen der Ausgangswechselspannung und der Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangswechselspannung geschaffen wird, und wenn Ausgangswechselstrom und Frequenz beide verhältnismäßig hoch sind, werden die Wirkungen addiert, um eine Kompensation für den Überlappungswinkel zu erzielen.

Wie bei der Schaltung gemäß Fig. 13 ist ein zusätzlicher Ausblend- oderTorstromkreis erforderlich, um Zündimpulse zu beseitigen, die an anderen Zeitpunkten in dem Arbeitszyklus als an den beabsichtigten Zündzeitpunkten für die steuerbaren Gleichrichterelemente erzeugt werden, an denen die Summe der Eingänge zu den Nulldetektoren Null ist. Ein solcher Zustand ist in Fig. 14 durch Wellenformen veranschaulicht. Fig. 14 zeigt die drei Eingangsgrößen zu dem Nullstromdetektor, die gemäß ihren Signalproportionalitäten aufgezeichnet sind: ν ■ -' und /als Funktionen

der Zeit. In Fig. 14 ist auch die die Summe der drei Funktionen darstellende Kurve in unterbrochener Linie dargestellt, die bei fi und erneut bei h durch Null hindurchgeht, wo ein unerwünschter Zündimpuls für die steuerbare Gleichrichterelemente erzeugt werden würde. In ähnlicher Weise könnte ein weiterer unerwünschter Impuls bei O erzeugt werden.

Das Kriterium, welches für die Beseitigung der unerwünschten Impulse herangezogen werden kann, besteht darin, daß die Impulse zum Zünden der steuerbaren Gleichrichterelemente nur erzeugt werden sollen, werui der Ausgangswechselstrom und die Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangswechselspannung gleiche Polarität oder als Alternative beide eine zweckentsprechende Polarität haben. Die beiden genannten Kriterien stellen Alternativen dar, von denen jede für sich in einem besonderen Fall angewendet werden kann, was von der Art des Steuersystems abhängt.

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Eine an die in Fig. 6 dargestellte Schaltung angepaßte Schaltung zur Beseitigung unerwünschter Impulse ist in Fig. 15 schematisch dargestellt. Komponenten, die den Komponenten der Ausführung gemäß F i g. 6 entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, und es ist daher ersichtlich, daß das Ausgangsspannungssignal am Eingang des Transformators 26 erscheint. Ebenso sind die Parallelanordnungen aus Kondensator und ohmschem Widerstand 14.7. 15a und 14i>. 15£> vorgesehen, die den beiden Transistoren 27 und 28 zugeordnet sind, deren Ausgänge den Steuerimpulseinrichtungen 31 bzw. 32 zum Zünden der Paare der steuerbaren Gieichrichterelemente 6 und 8 bzw. 4 und 7 des Wechselrichters zugeführt werden.

Zusätzlich zu den Transistoren 27 und 28 sind Ausblendtransistoren 71, 72 und 73, 74 vorgesehen, welche verhindern, daß irgendwelche positiven Signale die Steuerimpulseinrichtungen 31 und 32 erreichen, sofern nicht die Ausblendtransistoren zufolge negativer Eingangsströme an ihren Basiselektroden nichtleitend gemacht sind. Zum Abfühlen des Ausgangswechselstromes ist in den Ausgangskreis des Wechselrichters ein Transformator 75 mit seiner Primärwicklung 76 geschaltet, der den Ausblendtransistoren 71 und 74 Basisströme zuführt. Zugeordnete Strombegrenzungsund Vorspannungswiderstände 77 bis 82 sind mit dem Transformator 75 in einen Stromkreis geschaltet. Die: Basiselektroden der Ausblendtransistoren 72 und 73 sind jedoch über Kondensatoren 83 bzw. 84 mit den Enden der Sekundärwicklung des Transformators 26 verbunden.

Im Betrieb wird der Ausblendtransistor 71 zum Zeitpunkt t\ (Fig. 14) durch einen ihm von dem Transformator 75 gelieferten negativen Eingang nichtleitend gehallen, und der Ausblendtransistor 72 wird durch einen negativen Eingang nichtleitend gehalten, der ihm von dem Transformator 75 über den Kondensator 83 zugeführt wird. Eine ins positive gehende Spannung wird daher am Kollektor des Ausblendtransistors 72 erzeugt, wenn sich die Summe der Eingangsströme an seiner Basis von einem positiven Wert auf einen negativen Wert ändert, und die Steuerimpulseinrichtung 31 liefert Zündimpulse an die steuerbaren Gieiehrichterelemente 6 und 8.

Wenn der Wechselrichter in den entgegengesetzten Zustand kommutiert. ändert das von dem Transformator 75 abgefühlte Signa! die Richtung, und der Ausblendtransistor 72 wird wieder leitend gemacht, so daß an die Steuerimpulseinrichtung 31 ein negativer Eingang gegeben wird, der keine Wirkung hat, da die Steuerimpulseinrichtungen nur auf positive Impulse

is ansprechen: Zum Zeitpunkt η (Fig. !4) wird der Ausblendtransistor 72 wieder nichtleitend gemacht, da sein Basisstrom auf Null abfällt, jedoch wird jetzt der Ausblendtransistor 71 durch einen positiven Basisstrom von dem Transformator 75 und dem Vorspannungskreis im !eilenden Zustand gehalten und entsprechend wird der Steuerimpulseinrichtung 31 kein Signal zugeführt.

Zum Zeitpunkt η kann der Ausblendtransistor 72 kurzzeitig leitend werden, was von dem Gleichgewichtszustand der Schaltung abhängt. In diesem Fall wird der Ausblendtransistor 72 wieder nichtleitend, wenn der Wechselrichter kommutiert, und das positive Signal für die Steuerimpulseinrichtung 31, welches er zu erzeugen sucht, wird dadurch inhibiert, daß der Ausblendtransistor 72 durch einen von dem Transformator 26 über den Kondensator 83 erhaltenen positiven Strom leitend gehalten wird. Die Arbeitsweise für die Steuerimpulsnnrichtung 32 ist der vorstehend beschriebenen im wesentlichen identisch. Zündimpulse werder demgemäß nur einmal je Periode der Ausgangswechsel spannung des Wechselrichters am richtigen Zeitpunkt ir jeder Hälfte der Schaltung erzeugt.

Hierzu 6 Blatt Zcichnunuen

Claims

Patentansprüche:

1. Wechselrichter zur Umformung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangswechselspannung mit steuerbaren Gleichrichterelementen, mindestens einer Steuerimpulseinrichtung und mindestens einem NuUdetektor, wobei die Frequenz des Wechselrichters größer ist als die Resonanzfrequenz eines ais Belastung dienenden Lastscbwingkreises und wobei eine der Ausgangswechselspannung proportionale erste Größe und eine der zeitlichen Ableitung der Ausgangswechselspannung proportionale zweite Größe erfaßbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Nulldetektor (13,49) im Augenblick des Nulldurchganges der Summe der beiden Größen über die Steuerimpulseinrichtung (16) einen Steuerimpuls veranlaßt.

2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nulldetektor (13, 49) die Polarität der ersten und zweiten Größe auswertet, um den Steuerimpuls jeweils den richtigen Gleichrichterelementen (4,7 und 6,8) zuzuführen.

3. Wechselrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Polarität eine eigene Auswertschaltung vorgesehen ist.

4. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Größen direkt von der Ausgangswechselspannung abgeleitet sind.

5. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Größen von der hinter einer Induktanz (3) abgegriffenen Eingangsgleichspannung abgeleitet sind.

6. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nulldetektor (13) auf Ströme anspricht und daß ihm die Parallelschaltung eines Widerstandes (15; 15a, 156) und eines Kondensators (14; 14a, 146) vorgeschaltet ist.

7. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nulldetektor (49) auf Spannungen anspricht und daß ihm die Reihenschaltung eines Widerstandes (R) und eines induktiven Gliedes (X^parallelliegt.

8. Wechselrichter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand eine nichtlineare Widerstandscharakteristik hat.

9. Wechselrichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Widerstandscharakteristik gebildet ist durch einen ohmschen so Widerstand (15), dem eine Gleichrichterbrücke (52, 55, 53, 54) mit ihren Wechselspannungspunkten parallelliegt, deren Gleichspannungspunkte über mindestens eine Zenerdiode (56, 57) und mindestens einen weiteren ohmschen Widerstand (58, 59) verbunden sind.

10. Wechselrichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (14) ein weiterer Widerstand (51) in Reihe geschaltet ist.

11. Wechselrichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem induktiven Glied (L) ein weiterer Widerstand parallelgeschaltet ist.

12. Wechselrichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das induktive Glied (L) eine Sättigungscharakteristik besitzt.

13. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannungsquelle der ersten Größe entgegenwirkt.

14. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Ausgangswechselstrom und seiner Polarität proportionale Größe zusätzlich eingeführt ist

15. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß unerwünschte Steuerimpulse durch logische Glieder ausblendbar sind.