DE2111222A1

DE2111222A1 - Symmetrierschaltung fuer fremdgesteuerte Transistor-Gleichstromumrichter

Info

Publication number: DE2111222A1
Application number: DE19712111222
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl-Ing Ganzer; Adolf Mueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-03-09
Filing date: 1971-03-09
Publication date: 1972-09-21

Description

Symmetrierschaitung für fremdgesteuerte Transistor-Gleiehstromumrichter Die Erfindung bezieht sich auf eine Symmetrierschaltung für frendgesteuerte Transistor-Gleichstromumrichter unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlerss für die Impulsbreite1isteuerung der Stelltransistoren.
Gleichepannungswandler mit elektronischen Schaltern (z.B.
Transistoren) arbeiten mit einem Übertrager, an den eine periodische, rechteckförmige Wechselspannung angelegt wird.
Die Stelltransistoren müssen so gesteuert werden, daß die im Übertrager fließenden positiven und negativen Stromhalbwellen möglichst gleich groß sind. Durch fehlende oder unzureichende Symmetrierung bedingte Stromhalbwellen mit ungleichem Mittelwert ergeben ungleiche Magnetisierungsstromhalbwellen und treiben den Übertragerkern einseitig bis in den Sättigungsbereich. Es ist bekannt. zur Vermeidung dieser unerwünschten Sättigungserscheinung gepaarte Bauteile zu verwenden oder die Betrbsinduktivitat des Übertragers niedrig auszulegen und den magnetischen Kreis gegebenenfalls mit einem Tuft3palt zu versehen. Der Nachteil dieser Maßnshmen besteht darin, daß die tJbertrager größer bemessen werden müssen, als wenn vollkommen gleiche Stteoilalbwellen vorausgesetzt werden können.
Zur Erzielung einer Symmetrie der Stromhaibwellen ist auch bereits eine Halbbrückenschaltung bekannt, in der die einer besonderen Wicklung entnommene Übertragerspannung dazu benutzt wird, über Dioden die an der Betriebsspannung liegenden Spannungsteiler-Eondensatoren, von deren Ladungszustand die Symmetrie der Stromhalbwellen abhängt, möglichst gleich aufzuladen.
Geregelte Gleichstromumrichter, die mit Impulsbreitensteuerung arbeiten, neigen zusätzlich zu Unsymmetrie und den damit verbundenen Sättigungsersceinungen im Übertrager. Die Auswahl gepaarter Bauteile, die bei allen Betriebszuständen und Temperaturen gleiches Verhalten zeigen müssen, ist oft zur Verringerung der Unsymmetrie zu aufwendig und nicht immer realisierbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Symmetrierschaltung für Transistor-Gleichstromumrichter anzugeben, die als Eintakt- oder Zweitakt-Umrichter mit Impulsbreitensteuerung arbeiten und wobei die Verwendung~gepaarter Bauteile oder eine Verminderung der Betriebsinduktivität nicht erforderlich ist.
Gemäß der Erfindung wird von den in getrennten Primärwicklungen des Umrichter-Übertragers geführten Strömen mittels Stromwandler und einer gemeinsamen Integrierschaltung eine Meßspannung mit von der Unsymmetrie der Stromimpulse abhängiger Polarität gebildet, mittels der die von eimen Taktgeber über einen Meßwertübertrager an den Analog-Digital-Wandler gelieferte Steuer-Rechteckwechselspannung am Ausgang des Meßwertübertragers im Sinne einer Impulsoreitensteuerung beeinflußt wird.
Die Stromsymmetrierung ist mit relativ geringem Aufwand zu verwirklichen, da der in geregelten Umrichterschaltungen bereits vorhandene Regelumsetzer mitausgenutzt erden kann.
Die in der Integrierschaltung gewonnene rßspannung wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung an die Steuerstrecke von Schalttransistoren geführt, deren rrOllektor-Emitterstrecke je einer Wicklung des Meßwertübertragers parallelgeschaltet ist. Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Meßspannung der zwei Sekundärwicklungen entnommenen Steuerspannung für den Analog-Digital-Wandler additiv bzw. subtraktiv überlagert werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In Fig.1 ist ein als Halbbrückenschaltung ausgebildeter und nach dem Zweitakt-Verfahren arbeitender Gleichstromumrichter mit einer Symmetrierschaltung im Prinzip dargestellt.
Fig.2 zeigt einen Gleichstromumrichter mit abgewandelter Symmetrierschaltung.
In Fig.3 ist eine Abwandlung der Symmetrier-Steuerschaltung nach.Fig.1 für Eintakt-Umrichter wiedergegeben.
Die im Zweitakt arbeitende Umrichterschaltung GU nach Fig.1 besteht aus den beiden Leistungskreisen mit dem Speicherkondensator 011 bzw. 012, der Übertragerwicklung N11 bzw.
N12 des Übertragers Ü und dem Stelitransistor Tsi'i bzw.Ts12 mit der Steuerschaltung Stiel bzw. St12. Bezogen auf die Eingangs spannung Ue sind die beiden Leistungskreise mittels der Schaltbrücke B11 in Reihe geschaltet. Durch Entfernung dieser Brücke und durch Schließen der Brücken B11' können die Leistungskreise parallelgeschaltet werden. Um in den Beistungskreisen entstehende Unsymmetrien messen und ausregeln zu können, ist in jeden Leistungskreis die Primärwicklung je eines Stromwandlers W11 bzw.W12 eingefügt. Die Stromwandler, die prinärseitig aus nur einer niederohmigen Windung bestehen, liefern sekundärseitig an den Widerständen Ril bzw. R12 eine ausreichend große Meßspannung. Über die Dioden D11, D12 der Integrierschaltung werden die Widerstände R21 bzw. P.22 während der Stromflußzeit des jeweiligen Stelltransistors den Widerständen R11 bzw. R12 parallelgeschaltet. Der Widerstand R21 bzw, R22 des nicht stromführenden Wandlerkreises dient als Ladewiderstand für den Integrierkondensator C2. Die Ladezeitkonstante dieser RC-Schaltung ist groß gegen die Schaltperiodendauer der Stelltransistoren. Die antiparallelgeschalteten Dioden D21 und D22 begrenzen die Spannung am Kondensator C2.
Außer der Integrierschaltung sind der Taktgeber T, der eine rechteckförmige Steuerspannung liefert, der Meßwert-.
übertrager M und der Analog-Digital-Wandler AD wesentliche Teile der Symmetrierschaltung. Der Taktgeber T speist über den Widerstand R die Wicklung N21 des Meßwertübertragers M.
Die Sekundärwicklung N24, N25 des Meßwertübertragers liegen in Mittelpunktschaltung am Eingang d e s des Analog-Digital-Wandlers, der eine impulsbreitenmodulierte Steuerspannung an die Steuerschaltungen Still, St12 der Stelltransistoren Tsil und Tsi2 liefert. Die Impulsbreitenmodulation erfolgt in Abhängigkeit von der Unsymmetrie des Stromes in den beiden Leistungskreisen des Umrichters mittels der in der Integrierschaltung gewonnenen Meßspannung, welche die Ansteuerung der Stelltransistoren Tsll und Ts12 gegensinnig verändert. Bei Spannung Null am Integrierkondensator C2 erhalten beide Transistoren etwa die gleichen Basisströme aus der Hilfsspannungsquelle Uh über die Widerstände R31 bzw. R32 und den Widerstand R4. Die Kollektor-Emitterstrecken der Schalttransistoren Ts21 und Ts22 bilden veränderliche Bürden für die Ausgangswicklungen R24 und N25 des Meßwertübertragers. Unterschiedliche Bürden der Transistoren Ts21 und Ts22 bewirken ungleich große Eingangs spannungen am Analog-Digital-Wandler für die beiden Halbschwingungen und damit unterschiedliche Stromführungszeiten der Leistungstransistoren Tsll bzw. Ts12. Dadurch wird die Belastung der einzelnen teistungskreise, insbesondere der Stelltransistoren, unabhängig von Temperatur- und. Alterungseinflüssen sowie von Stückstreuung, symmetrisch gehalten. Infolge dessen können Einstellwiderstände und die damit verbundene Prüffeldarbeit entfallen. Außerdem werden die Eingangs- und die Ausgangswelligkeit auf ein Minimum begrenzt. Die beiden Reihenschaltungen von Widerstand R41 bzw. R42 und Kondensator C31 bzw. C32 dienen als Rückführglieder im Symmetrierregelkreis.
Bei Umstellung eines Leistungskreises von Reihen- auf Parallelschaltung werden die Leitungen von den Begrenzerdioden D21, D22 zu den Schalttransistoren Ts21, Ts22 gekreuzt.
Außer über die Bürden Ts21 und Ts22 wird der Meßwertübertrager über die Steuerwicklungen N22, N23 von der Regelabweichung der Ausgangsgleichspannung des Gleichspannungswandlers beeinflußt. Von der gleichgerichteten Ausgangsspannung Ua wird mittels des Reglers Rg eine Regelspannung gebildet, die den Transistor Ts3, dessen Kollektor-Emitterstrecke eine veränderliche Bürde an den Wicklungen N22 und N23 darstellt, gesteuert.
Eine abgewandelte Symmetrierschaltung für den Gleichstromumrichter GU ist in Fig.2 dargestellt. Alle unverändert beibehaltenen Schaltungsteile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig.i versehen. Die am Integrierkondensator C2 entstehende Meßspannung wird an eine Reihenschaltung der Widerstände R51 und R52 geführt, die so in die von den Wicklungen N24' und N25' gebildeten Ausgangskreise des Meßwertübertragers M' eingeschaltet sind, daß die Widerstände zwischen den Wicklungen und einem gemeinsamen Rückleiter L eingeschaltet sind. Der Spannungsabfall an den Widerständen R51 bzw. R52 wird zur Ausgangsspannung an der Wicklung N25' bzw. N24' gegensinnig addiert bzw. subtrahiert. Die Summen-bzw. Differenzspannung beeinflußt über den Analog-Digital-Wanaler AD die Stromführungszeiten der Leistungstransistoren.
Zur Begrenzung der Steuerwirkung sind die Begrenzerdioden Das Ausführungsbeispiel nach Fig.3 bezieht sich auf einen nach dem Eintakt-Verfahren arbeitenden Gleichstromumrichter GU. In diesem Fall führen die Stelltransistoren zwei oder mehr, wegen der Höhe der Eingangsspannung Ue oder des Eingangsstromes in Reihe oder parallelgeschaltete Leistungs-- kreise gleichzeitig Strom. Ungleiche Strombelastung in den Leistungskreisen kann durch unterschiedliche Einschaltzeiten ausgeglichen werden. Für jeden Leistungsschaltkreis im Gleichstromumrichter ist dann ein Digital-Analog-Wandler AD1, AD2 erforderlich. Die Symmetrierschaltung weicht in folgenden Punkten von der entsprechenden Schaltung nach Fig.1 ab: Die Differenzbildung der Einzelstrommeßwerte in der Integrierschaltung bedarf wegen der Gleichzeitigkeit nicht der Dioden D11 und D12. Die gleichgerichtete Ausgangsspannung des Meßwertübertragers wird über je einen Längswiderstand R71 und R72 an je einen Analog-Digital-Wandler AD1, AD2 gegeben. Parallel dazu beeinflußt die Symmetrier--schaltung die gleichgerichtete Ausgangsspannung über die Kollektor-Emitterstrecken der Transistoren Ts2i und Ts22.
Wie im Ausführungsbeispiel nach Fig.1 kann in den Schaltungen nach Fig.2 und Fig.3 zusätzlich über die entsprechenden Wicklungen N22', N23' des Meßwertübertragers M' die Regelung der Ausgangsspannung des Gleichstromumrichters durchgeführt werden.
Das beschriebene Schaltungsprinzip kann für die Parallel-oder Reihenschaltung von mehrmals zwei Leistungskreisen oder Gleichstromumrichtern erweitert werden. Als Vergleichsgröße wird dann der der Zahl der Leistungskreise entsprechende Teil des Gesamtstromes, z.B. durch Parallelschalten der sekundären Wicklungen mehrerer Stromwandler,benutzt.
6 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

Oatentansprüche Symmetrierschaltung für fremdgesteuerte Transistor-Gleichstromumrichter unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers für die Impulsbreitensteuerung der Stelltransistoren, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn;e t, daß von den in getrennten Primärwicklungen des Umrichter-Übertragers (off) geführten Strömen mittels Stromwandler (Wii,Wi2) und einer gemeinsamen Integrierschaltung eine Meßspannung mit von der Unsymmetrie der Stromimpulse abhängiger Polarität gebildet wird, mittels der die von einem Taktgeber (T) über einen Meßwertübertrager (M) an den Analog-Digital-Wandler (hD) gelieferte Steuer-Rechteckwechselspannung am Ausgang des Meßwertübertragers (M) im Sinne einer Impulsbreitensteuerung beeinf-lußt wird.
2. Symmetrierschaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die Kollektor-Emitterstrecke zweier Schalttransistoren (Ts21, Ts22), die von der Meßspannung gesteuert werden, je einer Wicklung (N24, N25) des Meßwertübertragers (M) parallel geschaltet ist.
3. Symmetrierschaltung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Meßwertübertrager (M) über einen Vorwiderstand (R) mit einer symmetrischen Rechteckwechselspannung konstanter Periodendauer aus dem Taktgeber (T) gespeist wird.
4. Symmetrierschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der vom Taktgeber (T) über zwei getrennte Sekundärwicklungen (N24', N25') des Meßwertübertragers (Mt) an den Analog-Digitalw andler (AD) gelieferten Steuerspannung die Meßspannung additiv bzw. subtraktiv überlagert ist !ig.2).
5. Symmetrierschaltung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Steuerwirkung der Meßspannung durch antiparallel geschaltete Dioden (D21, D22) begrenzt wird (zig.?; Fig.3).
6. Symmetrierschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Stromsymmetrierung von in Eintakt betriebenen Gleichtaktumrichtern mit mehreren in Reihen- und/oder Parallelschaltung arbeitenden Leistungsschaltkreisen unter Verwendung der gleichen Anzahl von Analog-Digital-Wandlern erfolgt.