DE2012893C3 - Schaltungsanordnung zur Zwangskommutierung eines Drehstrom-Wechselrichters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Zwangskommutierung eines aus einer variablen Gleichspannungsquelle gespeisten Drehstrom-Wechselrichters gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine derartige Anordnung ist durch die GB-PS 10 71 771 bekannt.

Bei dieser Schaltungsanordnung fließt der Laststrom aus der Gleichstromquelle über die Kommutierungsdrosseln auch während des N achlade Vorgangs, so daß der Kommutierungskondensator Undefiniert aufgeladen wird; d. h. die Spannung am Kommutierungskondensator ändert sich in Abhängigkeit vom Laststrom. Diese abhängige Aufladung aber führt zu Undefinierten Sperrspannungen an den Halbleitern.

Ferner erfolgt die Abmagnetisierung jeder Drossel

beim Umschwingen des Kommutierungskondensators bei der bekannten Anordnung über einen mit der Diode in Reihe liegenden Widerstand. Die in der Drossel gespeicherte Energie wird dabei in dem ohmschen Widerstand in Verlustwärme umgesetzt.

Durch die DT-AS 12 33471 ist eine Einrichtung rur Zwangskommutierung bekannt, bei der nur ein Nachladestromkreis vorhanden ist, der vom Laststromkreis unbeeinflußt ist

In der US-PS 34 14 800 ist ausgeführt, daß die am Kommutierungskondensator notwendig zur Verfügung stehende Spannung mindestens gleich der maximal möglichen Spannung der speisenden Gleichspannungsquelle sein muß.

Durch die AEG-Mitteilungen 1964, Seiten 89 bis 106, ist ein Drehstrom-Wechselrichter bekannt, der je Phase zwei Thyristoren und zvyei Rücklaufdioden in Brückenschaltung enthält, in deren Querzweig jeweils die Kommutierungsdrossel mit mit der Last verbundener Mittelanzapfung vorgesehen ist (Bild 9). Durch diese Literaturstelle ist darüber hinaus eine Abschneideschaltung in Zusammenhang mit kurzschlußbegrenzenden Sperrdrosseln im Hauptstromkreis bei einer Pulswechselrichterschaltung mit konstanter Zwischenkreisspannung bekannt (Bild 7). Bei dieser weist die Sperrdrossel eine zusätzliche Wicklung auf, über die und eine mit ihr in Reihe liegende Diode Energie in die Gleichstromquelle zurückgeliefert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Kommutierungskondensator für die Zwangskommutierung der Wechselrichterventile stets eine definierte Spannung bereitstellt, die unabhängig von der Größe des Laststroms ist, wobei die Abmagnetisierung der Drosseln verlustarm sein soll.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird durch oie Trennung des Laststromkreises von dem Nachladekreis vorteilhaft erreicht, daß einerseits eine Aufladung des Kommutierungskondensators auf eine definierte Spannung unabhängig vom Laststrom erfolgt und andererseits die in den Drosseln gespeicherte magnetische Energie in die Hilfsspannungsquellen eingespeist wird. Damit erfolgt die Abmagnetisierung der Drosseln verlustarm und ohne wesentliche Beanspruchung der Halbleiterelemente gegen eine konstante Spannung.

Anhand der Figur soll in einem Ausführungsbeispiel der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Mit E\ ist eine Gleichspannungsquelle bezeichnet, deren Spannung U\ zwischen Null und einem maximalen Wert veränderbar sein kann. Der einzige Kommutierungskondensator ist mit KA, die an ihm stehende Spannung mit t/4 bezeichnet. Zwei in Reihe geschaltete Hilfsspannungsquellen sind mit Ei und Ez, ihre Spannungen mit U 2 und LJ 3 bezeichnet. Die Spannungen L/2 und L/3 sollen halb so groß sein wie der Maximalwert der Spannung der Spannungsquelle E\ werden kann. Die Spannung U 4 am Kommutierungskondensator K 4 soll immer so groß sein wie die Maximalspannung der Spannungsquelle £Ί. Die über einen Ladewiderstand parallel zu den Hilfsspannungsquellen £2 und E) liegenden Kondensatoren K 2 und K 3 sind groß gegenüber dem Kondensator KA. Zur erstmaligen Aufladung des Kommutierungskondensators K 4 wird der Hilfs-Thyristor η 7 gezündet. Damit wird ein Schwingkreis, bestehend aus dem Kommutie-

rungskondensator KA und der Drossel /1 (Spannung US), an die Gleichspannung t/2 gelegt. Es entsteht ein Umschwingvorgang, bei dem — von den ohmschen Verlusten abgesehen — der Kondensator KA auf den doppelten Wert von t/2 mit der eingezeichneten Polarität aufgeladen wird. Die Differenz UA- U2 der Spannungen liegt als negative Sperrspannung an dem Hilfs-Thyristor η 7 und der Diode d 11. Diese Konstellation muß während der Freiwerdezeit des Hilfs-Thyristors π 7 aufrechterhalten bleiben. Werden im Drehstrom-Wechselrichter Wz. B. die Thyristoren nil und π 61 gezündet und ist die Spannung U1 größer als Null, so wird ein Strom aus der Spannungsquelle E1 über die gezündeten Thyristoren und die angeschlossene Last iut, ils, /Lrfließen, und zwar von A über nil, linke Hälfte von Lr, i'lr, Sternpunkt, its, rechte Hälfte von L₅, η 61 nach B. Soll der Thyristor «61 gelöscht werden, so werden die Thyristoren η 8 und η 62 gezündet. Damit wird die Kommutierungskondensatorspannung UA als negative Sperrspannung an den Thyristor π 61 gelegt. Der Strom, der bisher von C aus über π 61 floß, wird nunmehr über π 62, KA, η S und η 10 zur Spannungsquelle Ei (Klemme i3^zurückfließen. Gleichzeitig lösen sich zwei Umschwingvorgänge aus. Parallel zum Kondensator K A liegen einerseits die Reihenschaltung der Diode di2, der Drossel h und des geladenen Kondensators Ki und andererseits über π 8, π 10, π 63 bzw. π 62 die Drossel Ls. Der aus dem Kondensator KA und der Drossel Ls gebildete Schwingkreis bewirkt, daß nun die Kondensatorspannung UA einen Schwingstrom über die Ventile π 8, π 10, π 63 und π 62 treibt. Ferner treibt die Kondensatorspannung UA zusammen mit der Kondensatorspannung t/3 einen Strom über die Ventile π 8 und d 12 und die Drossel h- Wenn die Kondensatorspannung UA die Polarität gewechselt hat (eingeklammerte Polarität) und die gleiche Größe wie die Gleichspannung Ui annimmt, wird der Strom in der

s Drossel Ls über λ 63 und η 33 zur Spannungsquelle Fl zurückfließen. Da die Ventile η 10 und η 62 jetzt sperren, beteiligt sich diese Drossel nicht weiter an der Aufladung des Kondensators KA. Kondensator KA wird nun von der Kondensatorspannung t/3 und der

iü Drossel h weiter nachgeladen. Erreicht UA mit der (gezeichneten) Polarität den doppelten Wert der Spannung t/3, dann ist t/6= t/3. Jetzt übernimmt eine weitere Wicklung der Drossel k den Strom, so daß die verbleibende Drosselenergie in den Kondensator K 3 zurückgespeist wird. Mit dieser Zusatzwicklung wird ein Abschneiden der Spannung von K A erreicht, so daß UA nie größer werden kann als U1. Nach Abschluß dieses Vorganges liegt die Differenz t/4—1/3 der Spannungen als negative Sperrspannung an dem Hilfs-Thyristor π 8 und der Diode dl2, so daß der Hilfs-Thyristor η 8 seine Sperrfähigkeit wieder erlangen kann. Wurde zwischenzeitlich im Drehstrom-Wechselrichter z. B. der Thyristor η 21 gezündet, so könnte es notwendig werden, den bereits vorher gezündeten Thyristor nil zu löschen. Dies geschieht, indem die Thyristoren η 7 und π 12 gezündet werden. Der Laststrom kommutiert dann auf den Kondensator KA, der seine Spannung als negative Sperrspannung an den Thyristor π 11 legt. Die nachfolgenden Umschwingvorgänge sind die gleichen

<o wie beschrieben.

Anhand der Figur wurden die Verhältnisse für eine Phase des Dreiphasensystems erläutert. Für die beiden anderen Phasen gilt sinngemäß das gleiche.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltungsanordnung zur Zwangskommutierung eines aus einer variablen Gleichspannungsquelle gespeisten Drehstrom-Wechselrichters mit einem einzigen im Hauptstromkreis angeordneten Kommutierungskondensator, der über Kommutierungsdrosseln im Hauptstromkreis des Wechselrichters und durch Nachladestromkreise aufladbar ist, wobei die Nachladestromkreise Reihenschwingkreise aufweisen, die jeweils aus einer Hilfsspannungsquelle konstanter Spannung, einem Hilfs-Thyristor und einer Drossel bestehen, wobei die beiden Hilfsspannungsquellen in Reihe geschaltet sind und ihr Verbindungspunkt an den Kommutierungskondensator angeschlossen ist und wobei für die Drosseln ein eine Diode enthaltender Entmagnetisierungskreis vorgesehen ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) Der Wechselrichter enthält je Phase zwei Thyristoren und zwei RUcklaufdioden in Brükkenschaltung, in deren Querzweig jeweils die Kommutierungsdrossel (Lr, Ls, Lt) mit mit der Last (h.R, i'ls, kr) verbundener Mittelanzapfung vorgesehen ist und bei der die Endpunkte der Querzweige über Löschthyristoren (n 12, π 62) mit dem Verbindungspunkt der Hilfsspannungsquellen (E2, E3) verbindbar sind.

   b) Jeder Reihenschw ingkreis ist über eine Diode (dii, t/12) und den Hilfs-Thyristor (n7, ng) sowie über den Verbindungspunkt der beiden Hilfsspannungsquellen (E2, E3) an den Kommutierungskondensator (KA), ferner über eine Diode (n 9. η 10) an den Hauptstromkreis angeschlossen.

   c) (ede der beiden Hilfsspannungsquellen (E2, E3) ist so bemessen, daß sie eine Spannung von der Größe der halben Maximalspannung der variablen Gleichspannungsquelle (E 1) liefert.

   d) Zu jeder Hilfsspannungsquelle (E2, E3) ist über einen Ladewiderstand ein Hilfskondensator (K 2, K 3) parallel geschaltet, der gegenüber dem Kommutierungskondensator (K A) groß ist.

   e) Jede der Drosseln (H, /2) im Hilfskreis weist eine im Entmagnetisierungskreis liegende zusätzliche Wicklung auf, die über eine Diode parallel zum jeweiligen Hilfskondensator (K 2, K 3) geschaltet ist.