DE2050787C3 - Brückenwechselrichter mit Gleichstromkommutierung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Brückenwechselrichter mit Gleichstromkommutierung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mit einem derartigen Brückenwechselrichter, der aus »Elektrotechnik und Maschinenbau«, Band 82, 1965, Heft 11, Seite 525 bis 532 bekannt ist, kann ein Elektromotor kontaktfrei gespeist werden. Um mehrere Lasten, beispielsweise Elektromotoren, mit unterschiedlichen Frequenzen zu betreiben, ist es bisher erforderlich, für jeden Motor einen Brückenwechselrichter mit eigener Kommutierungseinrichtung vorzusehen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Brückenwechselrichter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß mit möglichst geringem Aufwand für die Kommutierungseinrichtung mehrere Lasten, beispielsweise Elektromotoren, gleichzeitig und mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Beim erfindungsgemäßen Brückenwechselrichter kann der Impulsgeber Ausgangssignale mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugen, mit denen die Thyristor-Brücken angesteuert werden, an deren Ausgang die zugehörigen Belastungen angeschlossen sind, so daß Belastungen, wie Elektromotoren, gleichzeitig und mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden können. Dabei erübrigen sich mechanische Schaltverbindungen zwischen dem Brückenwechselrichter und den angeschlossenen Belastungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit den Unteransprüchen entnehmbaren vorteilhaften Einzelheiten wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Inverters,

Fig.2 das Schaltbild des erfindungsgemäßen Inverters in Einzelheiten,

F i g. 3 das Blockschaltbild einer Tor-Steuerschaltung, die einen Frequenzteiler, einen Ringzähler und einen Impulsgenerator umfaßt, und

F i g. 4 die Signalformen zur Veranschaulichung eines bestimmten Betriebsablaufs in der Inverter-Anordnung gemäß der Erfindung.

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

Das Schaltbild des Inverters 10 ist in seinen Einzelheiten in Fig.2 gezeigt Der Kommutierungskreis 13 weist einen Hauptthyristor 17 auf, der in Serie zwischen der Gleichspannungsquelle 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 Hauptthyristors 17 des Kommutierungskreises 13 ausgeschaltet sind und gleichzeitig während der Einschaltphase des Hauptthyristors 17 einschaltbar, d. h. stromführend, sind.

Zum An- und Abschalten des Hauptthyristors 17 ist ein Schaltkreis 18 vorgesehen, der in Serie einen Kommutierungskondensator 19, eine Kommutierungsdrossel 20 und einen Hilfsthyristor 21 aufweist die über dem Eingang der beiden Thyristor-Brücken 11 und 12 liegen. Außerdem ist ein Hiifsthyristor 22 zwischen der Anode des Hauptthyristors 17 und einem Zwischenanschlußpunkt oder Abgriff der Drossel 20 und dem Hilfsthyristor 21 angeschlossen, und eine Diode 23 liegt in umgekehrter Polung parallel zum HauptShyristor 17.

Der Kondensator 19 des Kreises 18 wird von der Gleichspannungsquelle 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 Gleichspannungsquelle 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 20. 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 NuIL Daraufhin fließt der Entladestrom des Kondensators 19, dessen Wert den Strom des Hauptthyristors 17 in Durchlaßrichtung übersteigt durch die Paralieldiode 23 und den Hilfsthyristor 22. Damit wird der Hauptthyri-

stör 17 durch den Spannungsabfall an der Diode 23 in Durchlaßrichtung negativ vorgespannt, bis der gesamte Abschaltvorgang beendet ist

Der HUfsthyristor 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 Vorspannung für den Hauptthyristor 17 während eines Zeitintervalls dient, das ausreicht, um den Hauptthyristor sicher abzuschalten.

Die Thyristor-Brücken 11 und 12 sind als Dreiphasen-Brücken geschaltet, die parallel zwischen der Kathode des Hauptthyristors 17 des Kommutierungskreises 13 und der negativen Klemme der Gleichspannungsquelle 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 und 31/32 auf, die jeweils in Reihe miteinander verbunden sind. Außerdem sind übliche Rückkopplungsdioden 33,34,35,36,37 und 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 Steuerelektrade 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 U aus eine Gleichspannung aufgedrückt Soll die Kommutierung von einem auf dem anderen Zweig erfolgen, so wird ein Tastimpuls oder Tastsignal 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, _4S und gleichzeitig werden Tastsignale oder Impulse den Toren- oder Steuerelektroden der anderen vorbestimmten Thyristoren Jer Brücke 11 zugeführt Damit wird dem Motor 15 wiederum über eine andere Phase der Thyristor-Brücke 11 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 F i g. 1 ist weiterhin 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 Ausgangssignale 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 Thyiristor-Brücke U als auch der Thyristor-Brücke 12 zu erreichen.

Aus der soweit gegebenen Beschreibung ist ersichtlich, daß die Motoren IS und 16 durch nur eine einzige Inverter-Einrichtung 10 wahlweise unter Strom gesetzt werden können. Das heißt wenn der Schalter 41 offenbleibt erzeugt die Thyristor-Brücke 11 keine Wechsel-Ausgangsspaniiung, 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.

Mit der Erfindung ist es möglich, die verschiedenen Ausgangsfrequenzen durch eine einzige Invertervorrichtung 10 gleichzeitig zu erzeugen. Es sei angenommen, daß die Brücke 11 eine Ausgangsfrequenz von 60Hz erzeugt 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. Das heißt die Ausgangsirequenz des Oszillators 39 muß zu 360Hz gewählt werden, was dem Produkt der erwähnten sechs Impulse und der 60 Hz-Frequenz entspricht die das kleinste gemeinsame Vielfache der gewünschten Ausgangsfrequenz von 60 und 30 Hz ist

Die Ausgangsfrequenz des Oszillators wird der Kommutierungsschaltung 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 180Hz 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 Motoren 15 und 16 bei gleicher Polanzahl mit unterschiedlicher Geschwindigkeit betreiben, wobei 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.

Die Fig.4a bis 4h zeigen die Signale an einigen Punkten oder Teilen des Inverters IO im letztgenannten FaIL F i g. 4a zeigt das Ausgangssignal des Oszillators 39; Fig.4b zeigt das Ausgangssignal des Kommutierungskreises 13; F i g. 4f veranschaulicht den Stromfluß durch den Thyristor 27 der Brücke 11; Fig.4g verdeutlicht den Stromfluß durch den Thyristor 32 und Fig.4h zeigt das Ausgangssignal der Brücke U. Die F i g. 4c zeigt den Stromlluß durch den Thyristor 133 der Brücke 12; F i g. 4d zeigt den durch den Thyristor 132 der Brücke 12 fließenden Strom und Fig.4e veranschaulicht das Ausgangssignal der Brücke 12.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Brücken wechselrichter mit Gleichstromkommutierung mit einer Gleichspannungsquelle, einer Thyristor-Brücke mit ausgangsseitiger Belastung, S einem Kommutierungskreis, der zwischen den Klemmen der Gieichspannungsquelle und die Eingänge der Thyristor-Brücke geschaltet ist, und mit einem Impulsgeber, der mit dem Kommutierungskreis und über eine Tor-Steuerschaltung mit den Ventilen der Thyristor-Brücke verbunden ist und synchrone Tastsignale für den Kommutierungskreis und die Thyristor-Brücke liefert, dadurch gekennzeichnet, daß gleichstromseitig parallel zur ersten Thyristor-Brücke (U) wenigstens eine weitere Thyristor-Brücke (12) mit eigener ausgangsseitiger Belastung vorgesehen ist, und der Impulsgeber, der mit sämtlichen Thyristor-Brücken (11,12) in Verbindung steht, einen Frequenzteiler (45) aufweist, über den wenigstens eine' der Thy- ϊο ristor-Brücken (12) mit einer kleineren Frequenz als die übrigen Thyristor-Brücken (11) angesteuert wird.

2. Brückenwechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber mit einer Einrichtung (41,43) zum wahlweisen Betreiben der Thyristor-Brücken versehen ist.

3. Brückenwcchselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutierungskreis (13) einen Hauptthyristor (17) enthält, der den Kreis zwischen der Gleichspannungsquelle (14) und den Thyristor-Brücken (11,12) periodisch öffnet und schließt