DE2055176A1

DE2055176A1 - Schaltungsanordnung zur Steuerung der Kommutierungseinheit von Wechselrichtern mit Zwangskommutierung

Info

Publication number: DE2055176A1
Application number: DE19702055176
Authority: DE
Inventors: Klaus; Beinhold Georg; 1000 Berlin. H02p 7-42 Wegener
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-10-29
Filing date: 1970-10-29
Publication date: 1972-05-04
Also published as: FR2110150A5; JPS5316493B1; DE2055176C2; GB1344868A; SE385529B

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

Grützmann/hd Erf.-Nr.: B I 70/95 Gn

Schaltungsanordnung zur Steuerung der Kommutierungseinheit von Wechselrichtern mit Zwangskommutierung

Zusatz zum Patent (Patentanmeldung P 20 12 893.2

vom 14. 3. 1970)

Im Hauptpatent, dem DBP (Patentanmeldung P 20 12 893)

ist eine Schaltungsanordnung zur Zwangskommutierung von aus einer variablen Gleichspannungsquelle gespeisten Wechselrichtern mit einem einzigen fremdaufgeladenen Kommutierungskondensator beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zwei voneinander unabhängige Hilfsspannungsquellen mit konstanter Spannung zur Nachladung des Kommutierungskondensators vorgesehen sind.

Die Zusatzerfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Schaltungsanordnung zur Steuerung der aus Thyristoren, Dioden, Drosseln,Kommutierungskondensator und Hilfsspan-

^209819/0481 _BADOR,G,NAt

- 2 - B I 70/95 Gn

nungsquellen bestehenden Kommutierungseinheit zu schaffen, die einen einwandfreien Betrieb des Wechselrichters gewährleistet. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß eine von einem Taktgeber gesteuerte, den Haupt- und Löschthyristoren des Wechselrichters Zündimpulse zuleitende Steuerverknüpfung vorgesehen ist, daß Mindestzeitglieder vorhanden sind, die eine einwandfreie Umladung und Nachladung des Kommutierungskondensators zwischen der Zündung eines Thyristors der Kommutierungseinheit und der Zündung des nächsten Thyristors sowie eine genügend lange Schonzeit des zuletzt gezündeten Thyristors sicherstellen, und daß eine Schaltung zur Überwachung der Polarität und der zulässigen Minimalspannung des Kondensators vorgesehen ist.

Anhand der Zeichnungen soll der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke beispielsweise näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die beanspruchte Schaltungsanordnung. Der Wechselrichter selbst ist nur soweit dargestellt, wie es zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Die Figuren 2, 3, 4 und 5 zeigen mögliche Ausbildungen der in Fig. 1 nur schematisch dargestellten Funktionseinheiten.

Die Kommutierungseinheit 1, die zum Starkstromteil des nur teilweise dargestellten Wechselrichters 15 mit den Hauptthyristoren 2', 2¹¹ und Löschthyristoren 3', 3¹¹ gehört, setzt sich aus den Thyristoren 4· und 5, den Dioden 6, 7, 8,

^ßAD ORIGINAL

- 5 - B I 70/95 Gn

9, 18 und 19, den Drosseln 10 und 11, dem Kommutierungskondensator 12 und den Hilfsspannungsquellen 13 und 14 zusammen. Sie hat die Aufgabe, über die in Reihe geschalteten Löschthyristoren 3¹, 3¹¹ die nur teilweise dargestellten Hauptthyristoren 2¹, 2" des Wechselrichters 15 zu löschen, Dies setzt ein einwandfreies Arbeiten der Kommutierungseinheit 1 , insbesondere das Zünden mit dem anschließenden Löschen der Thyristoren 4- und 5 im richtigen Augenblick, voraus.

Die Thyristoren 4 und 5 müssen abwechselnd gezündet werden, um beide Polaritäten der Spannung des Kondensators 12 zur Löschung der Hauptthyristoren 2¹, 2'¹ usw. nutzbar machen zu können. Wird einer der beiden Thyristoren 4- oder 5 gezündet, so darf der andere frühestens nach einer Mindestzeit gezündet werden. Diese Mindestzeit ergibt sich aus der Summe von Umschwingzeit, Entmagnetisierungszeit der Drossel 10 oder 11 und der Schonzeit des zuletzt gezündeten Thyristors 4 oder 5. Weiter darf der Betrag der Spannung des Kondensators 12 einen bestimmten Wert nicht unterschreiten, um bei gegebenem Haximalstrom des Wechselrichters 15 eine Mindestschonzeit für die Hauptthyristoren 2¹, 2'' etc. gewährleisten zu können.

Der Taktgeber 16 führt der Steuerverknüpfung 17, die die eigentliche Steueraufgabe verwirklichen soll und aus den ihr zugeleiteten Signalen Zündimpulse ableitet, jeweils zwei Signale zu, die zur Zündung der Hauptthyristoren 2¹,

209819/fUfM

- 4- - B I 70/95 Gn

2¹¹ etc. und der zugehörigen Löschthyristoren 3¹, 3¹· etc. dienen. Die Verknüpfung 17 steuert die Thyristoren 2¹, 2^lf. etc. und 3^f» 3" etc. so, daß am Ausgang des Wechselrichters 15 die gewünschte Wechselspannung entsteht, die z.B. zur Speisung eines Käfigläufermotors mit variabler Frequenz und/oder variabler Spannung ausgenutzt werden kann. Die zur Steuerung der Thyristoren 4 und 5 dienenden Signale werden den Mindestzeitgliedern 20 und 21 zugeführt, die dafür sorgen sollen, daß diese Thyristoren 4 und 5 abwechselnd im richtigen Zeitpunkt gezündet werden. Erst nachdem die Mindestzeit abgelaufen ist, wird eine nachgeschaltete bistabile Kippstufe 22 angesteuert.

Die Zündung eines bestimmten Thyristors (4 oder 5) der Kommutierungseinheit 1 bewirkt eine bestimmte Polarität der Kondensatorspannung. Wird erstmalig beim Einschalten des Wechselrichters 15 ein bestimmter Thyristor, z.B. 4, gezündet, um den Kondensator 12 auf eine bestimmte Polarität aufzuladen und wird gleichzeitig die Kippstufe 22 in eine dieser Polarität entsprechenden Stellung gesetzt, so entsteht im anschließenden Betrieb am Ausgang dieser Schaltung 22 ein Signal, das jeweils der vorhandenen Polarität entspricht (+U bzw. ~U ). Diese Ausgangssignale werden wieder der Verknüpfung 17 zugeführt. Die vom Taktgeber 16 kommenden Signale werden dadurch so beeinflußt, daß die Thyristoren 4 und 5 im richtigen Zeitpunkt abwechselnd gezündet werden.

20 9819/04 81

- 5 - B I 70/95 Gn

Wie bereits erwähnt, darf die Spannung des Kondensators 12 einen bestimmten Mindestwert nicht unterschreiten. Es wird daher die Spannung des Kondensators 12 erfaßt und über eine gleichrichtende Schaltung 27 einem Vergleichsglied 26 zugeführt, an dessen unterem Eingang die Vergleichsspannung

U liegt, deren Betrag nicht unterschritten werden darf. ^cmin

Der die Differenz zwischen dem gemessenen Spannungswert und der Vergleichsspannung U_Cmia führende Ausgang des Vergleichsgliedes 26 ist mit einer Kippstufe 28, z.B. einem Schmitt-Trigger, verbunden. Wird der Minimalwert der Kondensatorspannung überschritten, gibt der Ausgang der Kippstufe 28 das j?reigabesignal an die Ausblendungs-Verknüpfung 29, deren Ausgang die Verknüpfung freigibt.

Die Ausblendungs-Verknüpfung 29 besteht aus einem Oder-Glied mit drei Eingängen. Der eine Eingang ist mit dem Ausgang der Kippstufe 28, die beiden anderen Eingänge Jeweils mit dem Ausgang zweier Und-Glieder verbunden. Die Und-Glieder weisen je zwei Eingänge auf. Der eine ist jeweils mit dem Ausgang des Oder-Gliedes, der andere jeweils mit dem Ausgang einer der beiden Mindestzeitstufen 20 oder 21 verbunden. Dadurch bleibt auch während der Umschwingzeit des Kondensators 12, während der der Minimalwert der Kondensatorspannung unterschritten wird, infolge der Ausgangssignale der Mindestzeit.stufen 20 und 21, das tfreigabesignal im Ausgang der Ausblendungs-Verknüpfung Γ'9 erhalten.

" ⁶ - B I 70/95 Gn

Ein Teil der verwendeten Bausteine ist in Fig. 1 nur schematisch dargestellt worden, weil der genaue Schaltungsaufbau dieser Bausteine für die Funktionsweise der beanspruchten Schaltungsanordnung im,Grunde nicht wichtig ist. Sie können im Prinzip wie folgt aufgebaut sein:

Der Taktgeber 16 liefert je nach Art des eingesetzten Wechselrichters 15 eine unterschiedliche Anzahl von Impulsen pro Periode. Er kann beispielsweise aus einem Frequenzuntersetzer bestehen, der die ihm zugeführten Impulse der Frequenz f,.,

" die durch eine übergeordnete Hegeleinrichtung vorgegeben werden können, in Impulse der Frequenz fp umsetzt. Bei einem dreiphasigen Wechselrichter in Brückenschaltung, der bekanntlich sechs Thyristorzweige aufweist, würde dem Taktgeber 16 demnach eine Impulsfolge mit sechs Impulsen pro Periode (Frequenz f-) zugeführt werden, die er beispielsweise mit Hilfe einer Hingschaltung in sechs getrennte Impulsfolgen mit je einem Impuls pro Periode (Frequenz f~) umformt. Die Mindestzeitglieder 20, 21 können aus einer monostabilen

fc Kippstufe mit einer zeitbestimmenden Rückführung bestehen, wie sie in Fig. 4- dargestellt ist. Ein Beispiel für die

Kippstufe 28 zeigt Fig. 2 und ein Beispiel für die bistabile Kippstufe 22 Fig. 3.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel für die Steuerverknüpfung 17 ist in Fig. 5 dargestellt, und zwar für einen einphasigen Wechselrichter in Brückenschaltung, der vier Hauptthyristoren 2, 2·, 2", 2¹¹· und vier Löschthyristoren 3, 3', 3", 3^f"

209819/0481

- 7 - B I 70/93 Gn

aufweist. Die Steuerverknüpfung besteht aus mehreren Und-Gliedern U₁ bis U₄, Oder-Gliedern O₁, O₂ und Nicht-Gliedern N₁ bis N^, die miteinander verknüpft sind.

7 Seiten Beschreibung 4 Patentansprüche

Blatt Zeichnungen mit 5 Figuren

2Ö9819/(U81

Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

Grützmann/hd Erf.-Hr. ; B I 70/95

Patent ansprüche

chaltungsanordnung zur Steuerung der aus Thyristoren, Dioden, Drosseln, Kommutierungskondensator und Hilfsspannungsquellen bestehenden Kommutierungseinheit eines Wechselrichters mit Zwangskommutierung, bei dem zwei voneinander unabhängige Hilfsspannungsquellen mit konstanter Spannung zur Nachladung des Kommutierungskondensators vorhanden sind, nach Patent (Patentanmeldung P 20 12 893.2 vom 14. 3. 1970), dadurch gekennzeichnet, daß eine von einem Taktgeber (16) gesteuerte, den Haupt- und Löschthyristoren (2 und 3) des Wechselrichters (15) Zündimpulse zuleitende Steuerverknüpfung (17) vorgesehen ist, daß Mindestzeitglieder (20, 21) vorhanden sind, die eine einwandfreie Umladung und Nachladung des Kommutierungskondensators (12) zwischen der Zündung eines Thyristors (z.B. Thyristors 4) der Kommutierungseinheit (1) und der Zündung des nächsten Thyristors (z.B. 5) sowie eine genügend lange Schonzeit des zuletzt gezündeten Thyristors sicherstellen, und daß eine Schaltung zur Überwachung der Polarität und der zulässigen Minimalspannung den Kondensators (1) vo rge s ehen ist.

209fl19/fU81

B I 70/95 Gn
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den zu den Steuerelektroden der beiden Thyristoren (4-, 5 ) der Kommuti erungs einheit (1) führenden Leitungen Zuführungen zu den zwei Mindestzeitgliedern (20, 21) abgezweigt aind, und daß der Ausgang der Mindestzeitglieder (20, 21) mit einer bistabilen Kippstufe (22) verbunden ist, in deren mit der Steuerverknüpfung (17) verbundenen Ausgängen den Polaritäten (+U > "U) des Kommutierungskondensators (12) entsprechende Signale auftreten.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des Kondensators (12) erfaßt und über eine gleichrichtende Anordnung (27) in einem Vergleichsglied (26) mit einer dem zulässigen Minimalwert der Kondensatorspannung (Uc_mj__n) entsprechenden Spannung verglichen wird und daß die am Ausgang des Vergleichsgliedes (26) entstehende Spannung bei Überschreiten der Minimalspannung über eine ' Kippstufe (28) einer Ausblendungsverknüpfung (29) zugeführt wird, an deren Ausgang dann ein Freigabesignal für die Steuerverknüpfung (17) erscheint.
4. Schaltungsanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 3*, dadurch gekennzeichnet, daß die Mindestzeitglieder (20, 21) auch mit der Ausblendungsverknüpfung (?3) verbunden sind und daß die Signale dieser Glieder (20, 21J, die während des Umschwingens der Spannung des

209819/ΠΑ81

- «5 - B I 70/95 Gn

JO

Kommutierungskondensators (12) anstehen, als J?reigabesignale für die Steuerverknüpfung (17) im Ausgang der Ausblendungsverknüpfung (29) dienen.

209819/0481

Lee r sei te