DE2050787A1

DE2050787A1 - Inverter

Info

Publication number: DE2050787A1
Application number: DE19702050787
Authority: DE
Inventors: Nagataka Fuchu Tokio Seki (Japan)
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1969-10-15
Filing date: 1970-10-15
Publication date: 1971-04-22
Also published as: CH522322A; DE2050787B2; JPS51285B1; GB1294947A; US3717807A; DE2050787C3

Description

Dr. F. Zürriöieln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenlgsberger - Dtpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.

TELEFON: SAMMEL-NR. _ZS03Ai _{8 MDN}CHEN 2.

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2/Li

Case 45571-3

Tokyo Shibaura Electric Co.,Ltd., Kawasaki,Japan

Inverter.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Inverter, und insbesondere auf eine Inverter-Anordnung, mit der es möglich ist, eine Mehrzahl von Lasten oder Belastungen ohne Verwendung mechanischer Schalter oder Schaltvorrichtungen selektiv zu erregen oder unter Strom zu setzen.

Um elektrische lasten, etwa Elektromotoren, wahlweise mit dem Ausgang einer Inverter-Anordnung zu verbinden, wird bisher eine Mehrzahl mechanischer Schalter oder Schaltvorrichtungen benötigt. Mechanische Schalter jedoch weisen im allgemeinen trennbare Eontakte auf, die durch einen beim Schaltvorgang auftretenden Lichtbogen hoher Temperatur, der zwischen den getrennten Kontakten auftreten kann, leicht beschädigt werden können oder zumindest hoher Abnutzung unterliegen. Bei solchen Vorrichtungen oder Anordnungen ist es nicht nur mühsam und mit Aufwand verbunden, die Kontakte zu warten, solche

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Einrichtungen sind vielmehr auch räumlich ziemlich groß und teuer. Um diesen Nachteil zu umgehen, können mehrere Inverter vorgesehen sein, die separat mit den entsprechenden Motorsätzen verbunden werden können. Auch diese Anordnung jedoch wird ziemlich groß und noch komplizierter und daher auch teurer.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Inverter-Anordnung zu schaffen, über die eine Mehrzahl von Motorsätzen selektiv erregbar ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird die Anwendung einer Mehrzahl von Thyristor-Brücken vorgesehen, über die eine getrennte Erregung zugeordneter Motorsätze erfolgen soll, wobei im wesentlichen nur ein einziger Kommutierungskreis den Brücken gemeinsam zugeordnet sein soll. Die Thyristoren in Brückenschaltung sollen dabei als statische Schalter für die entsprechenden Motorsätze eingesetzt werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Mehrzahl von Thyristoren in Brückenschaltung vorgesehen, deren Ausgänge einzeln mit den zugeordneten elektrischen Lasten verbunden sind. Alle Thyristor-Brücken sind mit einer gemeinsamen Kommutierungs-Schaltvorrichtung verbunden und werden von einer Gleichspannungsquelle über eine im gemeinsamen Kommutierungskreis liegende Thyristor-Einheit erregt. Zur getrennten Steuerung der Thyristor-Brücken sind Tor-Steuerschaltungen vorgesehen, um die elektrischen Lasten der Thyristor-Brücken selektiv zu erregen. Die gemeinsame Kommutierungs-Schaltung,weist ebenfalls eine Tor-Steuerschaltung auf. Alle Tor-Steuerschaltungen sind an eine gemeinsame Frequenz angeschlossen, die die synchronisierenden Tor-Steuersignale, d.h. die Tastsignale, liefert.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden im folgenden anhand von Zeichnungen näher beispielsweise erläutert. Es zeigt

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Fig. 1 das Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Inverters;

Fig. 2 das Schaltbild des erfindungsgemäßen Inverters in

Einzelheiten;

3 das Blockschaltbild einer Tor-Steuerschaltung, die

einen Frequenzteiler, einen Ringzähler und einen Impulsgenerator umfaßt; und

Pig. 4 die Signalformen zur Yeranschaulichung eines bestimmten Betriebsablaufs in der Inverter-Anordnung gemäß der Erfindung.

In den Figuren, in denen identische oder entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist insbesondere in Fig.1 mit Bezugszeichen 10 ganz allgemein eine Inverter-Anordnung oder Inverter-Vorrichtung bezeichnet, die zwei Sätze von Thyristor-Brücken 11 und 12 und einen einzelnen Kommutierungskreis 13 aufweist, der allen Thyristor-Brücken gemeinsam ist. Die Thyristor-Brücken 11 und 12 werden von einer Spannungsquelle 14 aus über den Kommutierungskreis 13 mit einer Gleichspannung beaufschlagt und liefern Wechselspannungen an elektrische Lasten, beispielsweise an Indutkionsmotoren 15 und 16.

Das Schaltbild des Inverters 10 ist in seinen Einzelheiten in Pig. 2 gezeigt. Der Kommutierungskreis 13 weist eine Hauptthyrietor-Einheit 17 auf, die in Serie zwischen der Gleichspannungsversorgung 14 und den Thyristor-Brücken 11 und 12 liegt, um den Hauptkreis zwischen der ersteren und den letzteren periodisch zu schließen und zu öffnen. Daraus ist leicht zu ersehen, daß die beiden Thyristor-Brücken 11 und 12 gleichzeitig während der Ausschaltphase des Thyristors 17 des Kommutierungskreises 13 ausgeschaltet sind und gleichzeitig während der Einschaltphase des Thyristors 17 einschaltbar, d.h. stromführend sind.

Zum An- und Abschalten des Thyristors 17 ist ein Schaltkreis 18 vorgesehen, der in Serie einen Kommutierungskondensator 19, eine

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Kommutierungsdrossel 20 und einen Hilfsthyristor 21 aufweist, die über dem Eingang der "beiden Thyristor-Brücken 11 und 12 liegen. Außerdem ist ein Hilfsthyristor 22 zwischen der Anode des Hauptthyristors 17 und einem Zwischenanschlußpunkt oder Abgriff der Drossel 20 und dem Thyristor 21 angeschlossen,und eine Diode 23 liegt in umgekehrter Polung parallel zum Hauptthyristor 13.

Der Kondensator 19 des Kreises 18 wird von der Gleichspannungsversorgung 14 aus geladen, wobei der Hilfsthyristor 21 während der Einschaltphase des Hauptthyristors 17 eingeschaltet ist. Dieser Hilfsthyristor 21 ist natürlich abgeschaltet, wenn der Spannungspegel des Kondensators 19 auf einen Wert ansteigt, der annähernd dem der Gleichspannungsversorgung 14 entspricht.

Um den Hauptthyristor während dessen Einschaltphase abzuschalten, wird der Hilfsthyristor 22 angeschaltet und entlädt dann den Kondensator 19 über den Hauptthyristor 17, den Hilfsthyristor 22 und die Kommutierungsdrossel 22. Es ist ersichtlich, daß der Entladestrom des Kondensators 19 den Hauptthyristor 17 in umgekehrter Richtung durchfließt. Erreicht der Wert des in Umkehrrichtung durch den Hauptthyristor 17 fließenden Stroms den Wert des in Durchlaßrichtung fließenden Stroms, so wird der Gesamtstrom zu Null. Daraufhin fließt der Entladestrom des Kondensators 19, dessen Wert den Strom des Hauptthyristors 17 in Durchlaßrichtung übersteigt, durch die Paralleldiode 23 und den Hilfsthyristor 22. Damit wird der Hauptthyristor 17 durch den Spannungsabfall an der Diode 23 in Durchlaßrichtung negativ vorgespannt, bis der gesamte Abschaltvorgang beendet ist.

Der Hilfsthyristor 22 wird selbstverständlich abgeschaltet, wenn der Kondensator 19 entladen ist. Die Kommutierungsdrossel 20 jedoch versucht, den Entladevorgang des Kondensators 19 zu verlängern, so daß der Spannungsabfall der Diode 23 in Durchlaßrichtung entsteht bzw. beibehalten bleibt, der als negative Vor-

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spannung für den Hauptthyristor 17 während eines Zeitintervalls dient, das ausreicht, um den Hauptthyristor sicher abzuschalten.

Die Thyristor-Brücken 11 und 12 können als Dreiphasen-Brücken geschaltet sein, die parallel zwischen der Kathode des Hauptthyristors 17 des Kommutierungskreises 13 und der negativen Klemme der Gleichspannungsversorgung 14 liegen. Die Thyristor-Brücke 11 weist drei Zweige 24,25 und 26 auf, die alle parallel zueinander liegen, und jeder der Zweige weist ein Paar Thyristoren 27,28,29,30,31 "bzw. 32 auf, die jeweils in Reihe miteinander verbunden sind. Außerdem sind übliche Rückkopplungsdioden 33,34, 35,36,37 bzw. 38 vorgesehen, die - wie dargestellt - jeweils parallel zu den erwähnten Thyristoren geschaltet sind. Die Zwischenanschlußpunkte jedes Zweigs 24,25 und 26 sind - wie gezeigt - mit einem zu erregenden Motor 15 verbunden. Es ist bekannt, wie die Thyristoren 27 bis 32 sequentiell mit einem elektrischen Winkel von 60° in der Reihenfolge 27,32,29,28,31 und 30 angeschaltet werden.

Wird das Tastsignal oder der Impuls der Steuerelektrode des ausgewählten der Thyristoren 27 bis 32 zugeführt, und wird gleichzeitig ein Tastsignal oder ein Impuls dem Hauptthyristor 17 des Kommutierungskreises 13 zugeführt, um diesen anzuschalten, so wird damit dem Motor 15 von der Brücke 11 aus eine Gleichspannung aufgedrückt. Soll die Kommutierung von einem auf dem anderen Zweig erfolgen ,so wird ein Tastimpuls oder Tast-Bignal der Steuerelektrode des Thyristors 22 des Kommutierungskreises 13 zugeführt, um den Hauptthyristor 17 abzuschalten, wodurch der Hauptthyristor 17 einmal abgeschaltet wird. Damit lassen sich die Thyristoren während der Einschaltphase der Brücke 11 abschalten. Danach werden die Tastsignale oder Impulse den Steuerelektroden der Thyristoren 17 und 21 zugeführt, um diese anzuschalten, und gleichzeitig werden Tastsignale oder Impulse den Toren- oder Steuerelektroden der anderen vorbestimmten Thyristoren der Brücke 11 zugeführt. Damit wird dem Motor 15 wiederum über eine andere Phase der Thyristor-Brücke

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eine Spannung zugeführt. Solange der Thyristor 21 leitend ist, wird der Kondensator 19 zur Vorbereitung der nächsten Kommutierung wieder geladen.

Die andere Thyristor-Brücke 12 ist genauso aufgebaut und arbeitet in gleicher Weise wie die Thyristor-Brücke 11, so daß deren nähere Beschreibung erübrigt werden kann.

In Pig. 1 ist weiterhin eine 3?requenzquelle, etwa ein Oszillator 39» vorgesehen, der die Tastsignale oder Impulse liefert. Die Ausgangssignale des Oszillators 39 werden dem Kommutierungskreis 13 über eine Tor-Steuerschaltung 40 zugeführt. Der Ausgang des Oszillators 39 wird außerdem der Brücke 11 über einen Schalter 41 und eine Tor-Steuerschaltung 42 zugeführt. In ähnlicher Weise gelangen die Ausgangesignale des Oszillators 39 über einen Schalter 43 und eine Tor-Steuerschaltung 44 an die Thyristor-Brücke 12. Auf diese Weise ist es möglich, die Synchronisierung zwischen der Kommutierungsschaltung 13 und der Thyristor-Brücke 11 als auch der Thyristor-Brücke 12 zu erreichen.

Aus der soweit gegebenen Beschreibung ist ersichtlich, daß die Motoren 15 und 16 durch nur eine einzige Inverter-Einrichtung wahlweise unter Strom gesetzt werden können. D.h., wenn einer der Schalter 41 offenbleibt, erzeugt die Thyristor-Brücke 11 keine Wechsel-Ausgangsspannung, so daß der Motor 15 entregt wird und zum Stillstand kommt. Andererseits wird über die andere Thyristor-Brücke 12 die Wechselausgangsspannung erzeugt, so daß der Motor 16 erregt wird und unter Strom steht, unabhängig davon, ob der Motor 15 in Betrieb ist.

Soll auch der Motor 15 erregt werden, so läßt sich dies leicht durch Schließen des Schalters 41 erreichen, so daß die Ausgangssignale oder Impulse vom Oszillator 39 über den Schalter 41 und die Tor-Steuerschaltung 42 an die Thyristor-Brücke 11 gelangen.

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Sofern die Motoren 15 und 16 Induktionsmotoren sind, können diese durch eine Regulierung zwischen den Phasenwinkeln der den beiden Thyristor-Brücken 11 und 12 zuzuführenden Tastsignale mit verschiedener Umlaufgeschwindigkeit betrieben werden.

Mit der Erfindung ist es auch möglich, die verschiedenen Ausgangsfrequenzen durch eine einzige Invertervorrichtung 10 gleichzeitig zu erzeugen. In diesem Fall sei angenommen, daß die Brücke 11 ein Ausgangssignal mit der Frequenz von 60 Hz, während die andere Brücke 12 eine Ausgangsfrequenz von 30 Hz erzeugt. Da in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Brücken 11 und 12 als Dreiphasenbrücken aufgebaut sind, müssen zur Betätigung der Brücke während eines Betriebszyklus sechs Impulse erzeugt werden. D.h., die Ausgangsfrequenz des Oszillators 39 muß zu 360 Hz gewählt werden, was dem Produkt der erwähnten sechs Impulse und der 60 Hz-Frequenz entspricht, die das kleinste gemeinsame Vielfache der gewünschten Ausgangsfrequenzen von 60 und 30 Hz ist.

Die Ausgangsfrequenz des Oszillators 39 wird der Koramutierungsschaltung 13 über die Tor-Steuerschaltung 40 zugeführt. Andererseits müssen die Tastsignale vom Oszillator 39 zur Brücke 12 durch einen Frequenzteiler 45, wie in Fig. 3 gezeigt, auf 180 Hz heruntergeteilt werden. Dann wird die Ausgangsfrequenz des Teilers 45 einem in der Tor-Steuerschaltung 44 vorgesehenen Ringzähler 46 zugeführt, wobei eine Verteilung auf sechs Phasen oder Systeme erfolgt. Damit lassen sich sechs Impulse mit einer Phasendifferenz von 60°-elektrisch während eines Betriebszyklus der Brücke 12 erreichen. Diese Impulse werden den Toren der Brücke 12 über Impulsübertragungseinheiten 47 zugeführt, die in der Tor-Steuerschaltung 44 vorgesehen sind. Andererseits werden die der Brücke 11 zuzuführenden Tastsignale dem Ringzähler direkt ohne Zwischenschaltung des Frequenzteilers zugeführt.

Damit lassen sich die beiden Motore 15 und 16 bei gleicher Polanzahl mit unterschiedlicher Geschwindigkeit betreiben, wobei

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der Motor 15 über die Brücke 11 mit entsprechend voller Geschwindigkeit und andererseits der andere Motor 16, der über die Brücke 12 gespeist wird, mit halber Geschwindigkeit betreiben. Weist dagegen ein Motor, beispielsweise der Motor 16 gegenüber dem Motor 15 nur die halbe Polzahl auf, so können in diesem Fall die beiden Motoren mit gleicher Geschwindigkeit umlaufen.

Die Pig. 4a bis 4h zeigen die Signale an einigen Punkten oder Teilen des Inverters 10 im letztgenannten Pail. Pig. 4a zeigt das Ausgangssignal des Oszillators 39; Pig. 4b zeigt das Ausgangssignal des Kommutierungskreises 12» Pig. 4c veranschaulicht den Stromfluß durch den Thyristor 27 der Brücke 11; Pig. 4d verdeutlicht den Stromfluß durch den Thyristor 32 und Pig. 4e zeigt das Ausgangssignal der Brücke 11. Die Pig. 4f zeigt den Stromfluß durch den Thyristor· 133 der Brücke 12; Pig. 4g zeigt den durch den Thyristor 132 der Brücke 12 fließenden Strom und Pig. 4h veranschaulicht das Ausgangesignal der Brücke 12.

Die erfindungsgemäße Thyristoreinheit läßt sich auch anders aufbauen, als es der hier gegebenen Beschreibung entspricht, und zwar beispielsweise mit anderer Anzahl der Brücken oder auch so, daß einer der Motoren in umgekehrtem Drehsinn zu dem, des oder der anderen Motoren umläuft.

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Claims

Patentansprüche

Inverter-Anordnung, gekennizeichnet durch eine Mehrzahl von Thyristor-Brücken (11,12), die an den Gleichspannungseingängen parallel geschaltet und ausgangsseitig wahlweise an entsprechende Belastungen (15,16) angeschlossen sind, einen einzigen Kommutator oder eine einzige Kommutierungsschaltung (13) zwischen einer Gleichspannungsversorgung (14) und den Gleichspannungseingängen der Thyristor-Brücken und durch eine Einrichtung, durch die den Thyristor-Brücken und der Kommutierungsschaltung synchronisierende bzw. synchronisierte Tastsignale zuführbar sind.

Inverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kotnmutierungsschaltung (13) zum periodischen Schließen und Offnen des zwischen der Gleichspannungsversorgung (14) und den Thyristor-Brücken (11,12) liegenden Schaltkreises eine Hauptthyr0storeinheit (17) aufweist.

Inverter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze ichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung von Tastsignalen an die Thyristor-Brücken (11,12) und die gemeinsame Kommutierungseinrichtung (13) einen Oszillator (39) und Tor-Steuerschaltungen (40,42,44) aufweist, deren Eingänge mit dem Oszillator und deren Ausgänge wahlweise an die Thyristor-Brücken ansehließbar sind.

Inverter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Tor-Steuerschaltungen einen Frequenzteiler (45) aufweist, um wenigstens eine der Thyristor-Brücken mit einer geringeren Frequenz zu be-

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treiben als die andere Thyristor-Brücke.

5. Inverter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tor-Steuerschaltungen (40,42,44) Einrichtungen aufweisen, um die Thyristor-Brücken (11,12) wahlweise betreiben zu können.

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