DE2122902A1

DE2122902A1 - Wechselrichter

Info

Publication number: DE2122902A1
Application number: DE19712122902
Authority: DE
Inventors: Kjell Dipl.-Ing. Västeraas Frank (Schweden). P
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1970-05-15
Filing date: 1971-05-10
Publication date: 1971-12-09
Also published as: NL7106164A; US3705341A; SE333186B; GB1340258A; CH529472A; FR2090043A1; BE766627A; FR2090043B1; NO128247B

Description

Wechselrichter

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter mit mindestens einer Schaltgruppe mit zwei steuerbaren Hauptventilen, die zwischen den beiden Polen einer den Wechselrichter speisenden Gleichspannungsquelle miteinander in Reihe geschaltet sind und deren Anschlußpunkt die Anzapfung für die Ausgangsspannung des Wechselrichters ist, mit einem Steuergerät, das diese Ventile abwechselnd zündet, mit zwei steuerbaren Kommutierungsventilen, die in Reihe miteinander in eine zwischen den beiden Polen einer Gleichspannungsquelle angeschlossene Reihenschaltung eingehen, mit einem Steuergerät, das die Kommutierungsventile zum Löschen der Hauptventile abwechselnd zündet, mit einem Kommutierungskondensator, der zwischen dem Anschlußpunkt der Hauptventil· und einem zwischen den Kommutierungsventilen liegenden Punkt der genannten Reihenschaltung angeschlossen ist, und mit mindestens einem induktiven Element, das zusammen mit dem Kommutierungskondensator einen Reihenschwingungskreis zum Umladen des Kondensators bei jeder Kommutierung bildet.

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Wechselrichter der beschriebenen Art sind bereits bekannt, ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 der Zeichnung gezeigt. In dieser bezeichnen C1 einen an einer Speisegleichspannung TJ2 angeschlossenen Kondensator, TI 3 und T23 Hauptthyristoren, T11 und T21 Kommutierungsthyristoren, D11 und D21 Rückspeise- und Kommutierungsdioden und L und C die Induktivität bzw. den Kondensator eines Kommutierungskreises. Die Arbeitsweise des Wechselrichters ist folgende.

Es wird angenommen, daß T13 leitend ist und den Belastungsstrom I (die Belastung ist an der Anzapfung a angeschlossen) führt. Der Kondensator C ist dann auf dem rechten Belag mit positivem Potential aufgeladen. T11 wird gezündet, C entlädt sich durch T13» W^ und L. Der Kondensatorstrom nimmt zu, bis er gleich dem Belastungsstrom ist, wobei T13 schließt und D11 stromführend wird. Der Kondensator wird durch D11, T11 und L umgeladen und wenn seine Spannung den Spitzenwert erreicht hat (positives Potential links) erlischt T11· Eine eventuelle reaktive Belastungsstromkomponente fließt während des späteren Teils des KommutierungsVerlaufs durch D21. Nach vollendeter Kommutierung kann der zweite Hauptthyristor T23 gezündet werden.

Diese bekannte Schaltung hat mehrere Nachteile. Es zeigt sich, daß dem Kommutierungsschwingungskreis (L, G) Energie von dem Belastungsstrom zugeführt wird, weshalb die Kondensatorspannung bei hohem Belastungs strom sehr hohe Werte annehmen kann, die

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nach oben nur von den Verlusten des Schwingungskreises begrenzt werden können. Das hat, besonders bei Wechselrichtern für höhere Spannungen, einmal sehr hohe Spannungsbeanspruchungen der Thyristoren zur Folge und zum anderen wird ein in Spannungshinsicht reichlich bemessener Kondensator erforderlich.

Die Sperrspannung über den Hauptthyristoren während ihrer Erholungszeit wird außerdem nicht größer als der Spannungsfall über den Dioden D11, D21, d.h. nur einige YoIi. Die Erholungs-

zeit des Tljristors, d.h. die Zeit, die vom Aufhören des Belastungsstromes bis zu dem Zeitpunkt vergeht, in dem er erneut Spannung in der Leitrichtung aufnehmen kann, ist stark abhängig von der Größe des Belastungsstroms während dieses Intervalls und daher bei der bekannten Schaltung lang. Gewisse Anordnungen zur Behebung dieses Nachteils sind bekannt, sie sind aber entweder kompliziert oder erfordern viel Leistung oder sie sind wenig wirksam.

Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung der genannten Nach- % teile bei dem einleitend beschriebenen Wechselrichter. Zu diesem Zweck ist dieser so ausgebildet, daß zwischen jedem einzelnen Pol der Gleichspannungsquelle und der der Wechselspannungsanzapfung des Kommutierungskondensators zugewandten Klemme angeschlossene Begrenzungsventile angeordnet sind, die eine solche Polarität haben, daß sie gegen die Spannung der Gleichspannungsquelle sperren, und daß das induktive Element zwei

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Reaktanzspulen hat, von denen jede zwei induktiv miteinander verbundene Wicklungen hat und die eine Wicklung jeder Reaktanzspule mit einem an einem Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossenen Kommutierungsventil und die zweite Wicklung mit einem am anderen Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossenen Begrenzungsventil in Reihe geschaltet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand eines in Pig. 2 dargestellten dreiphasigen Wechselrichter beschrieben, der von einem ungesteuerten Gleichrichter gespeist wird.

In Fig. 2 bilden Moden D 31-D36 einen ungesteuerten dreiphasigen Gleichrichter, der an einem dreiphasigen Hetz R, S, T angeschlossen ist und dessen Spannung von Reaktanzspulen L10 und L2O sowie von einem Kondensator C 1 geglättet wird. Die Spannung über dem Kondensator wird dem Wechselrichter selbst zugeführt.

Der Wechselrichter selbst besteht aus drei untereinander gleichen Phasengruppen A, B und C mit je einer Wechselspannungs klemme a, b, c. Ein an und für sich bekanntes und der Deutlichkeit halber nicht gezeigtes Steuergerät ist auf bekannte Weise so angeordnet, daß es mit einer gewissen Frequenz abwechselnd (mit 180° Intervall) in jeder Phasengruppe befindliche Hauptthyristoren 513 und Ϊ23 zündet, deren Wechselspannungsklemme infolgedessen abwechselnd an den positiven oder negativen Pol

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der Speisespannung TJ2 angeschlossen wird. Die Phasengruppen A, B, C werden auf "bekannte Weise mit 120° Plias enve rs chi e bung gesteuert, wodurch die rechteckigen Wechselspannungen auf den Klemmen a, b,, c untereinander um 120 phasenverschoben werden und ein symmetrisches Dreiphasensystem bilden. Da die drei Phasengruppen gleich sind, ist hier nur die Phasengruppe A beschrieben.

Sie enthält die genannten Hauptthyristoren T13 und T23, die an der Speisespannung TJ2 angeschlossen sind. Zum Löschen des leitenden Hauptthyristors vor Zündung des zweiten Hauptthyristors ist ein Kommutierungskreis angeordnet, der aus Kommutierungsthyristoren T11 und T21, einem Kommutierungskondensator C und Kommutierungsreaktanzspulen L1 und L2 besteht. Jede der Reaktanzspulen hat zwei induktiv miteinander verbundene Wicklungen L1a, L1b, L2a, L2b. Die Wicklunge L1a ist mit T11 und die Wicklung L1b mit einer Begrenzungsdiode D22 in Reihe geschaltet. Die Wicklung L2a ist mit einer Begrenzungsdiode D12 und die f Wicklung L2b mit 0)21 in Reihe geschaltet. Die Richtung der gleichzeitig induzierten Spannungen in den beiden Wicklungen einer Reaktanzspule wird mit den neben den Wicklungen eingezeichneten Punkten angezeigt. Die Kopplung zwischen den beiden Wicklungen jeder Reaktanzspule wird so gut wie möglich gemacht.

Die Arbeitaeise ist folgende:

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Es wird angenommen, daß T1 3 leitend ist, wobei der Belastungss";rom I von der Speisespannungsquelle durch T13 fließt und durch, die Wechselspannungsklemme a heraus. Der Kondensator C ist auf dem rechten Belag mit positivem Potential aufgeladen. T11, D12, T21- und D22 sind nicht stromführend. Das Steuergerät gibt Zündimpuls an T11 . Ein wachsender Strom beginnt, durch T11, C und L1a zu fließen. Wenn dieser Strom denselben Wert erreicht hat wie der Belastungsstrom, wird der Strom durch T13 Null und D12 wird stromführend, wobei der Hauptthyristor während seines ErholungsIntervalls Sperrspannung bekommt. Diese Spannung kann so bestimmt werden, daß sie immer eine schnelle Erholung bewirkt. Der Schwingungskreis C, L1a, L2a schwingt fortgesetzt durch D12 und T11 bis die Kondensatorspannung gleich der Speisespannung ist, wobei T11 erlischt und D22 stromführen!wird» Bei induktiver Belastung kann der Belastungsstrom fortgesetzt durch D22 und L1b fließen, wobei Energie zur Speisequelle zurückgeleitet wird. Im geeigneten Zeitpunkt, vorzugsweise wenn der Strom durch D22 und L1a auf Null gesunken ist, gibt das Steuergerät Zündimpuls an T23 und der Kommutierungsverlauf ist abgeschlossen.

Wie man sieht, erhält man immer eine Kondensator spannung, die gleichder Speisespannung ist, hierdurch werden die vorgenannten Probleme betr. einer mit dem Belastungsstrom stark ansteigenden Kondensatorspannung ausgeschaltet. Da L1a und L1b gut miteinan-

den

der verbunden sind, können L1b und D22/durch L1a und T11 fließenden Strom direkt übernehmen. T11 kann gezündet und somit ein

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Kommutierungsverlauf eingeleitet werden, auch wenn der Belastungsstrom durch D12 fließt. Die Induktanz im Kreis T11, L1a, L2a, D12 hindert nämlich den Kondensator C daran, sich momentan über diesen Kreis zu entladen, und der Kondensatorstrom ist damit zum größten Teil für die Lösung von T13 zugänglich. Das bedeutet, daß diese Wechselrichterschaltung bei beliebigem Phasenwinkel der Belastung verwendet werden kann, sowohl induktiv als auch kapazitiv.

Die gezeigten Wechselrichter sind dreiphasig, aber die Phasengruppen gemäß der Erfindung können natürlich zu Wechselrichterschaltungen mit beliebiger Phasenzahl zusammengesetzt werden. So können z.B. zwei solche Gruppen zu einem einphasigen Wechselrichter zusammengesetzt werden.

Das Steuergerät ist nicht näer beschrieben, kann aber auf bekannte oder für den Fachmann naheliegende Art ausgeführt sein. So kann z.B. ein Oszillator Impulse an einen Ringzähler oder dergleichen mit sechs (bei einer dreiphasigen Schaltung) stabilen Lagen geben, der die Zündimpulse auf die sechs Hauptthyristoren des Wechselrichters verteilt. Eventuell können die Kommutierungsthyristoren von dem Ringzähler gezündelt werden, und zwischen jedem Kommutierungsthyristor (z.B. T11) und dem Hauptthyristor (T23), der nach der Kommutierung stromführend sein soll, werden Verzögerungskreise angeordnet, so daß jeder Hauptthyristor eine gewisse, auf den Komautierungsveriauf abgestimmte Zeit nach dem entsprechenden Kommutierungsthyristor

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zündet. Indem man die Steuerimpulsfrequenz variabel macht, erhält man eine variable Frequenz der Ausgangsspannung des Wechselrichters, dieser kann dann z.B. zum Steuern der Geschwindigkeit eines Asynchronmotors verwendet werden. Die Ausgangsspannung wird bei Bedarf zweckmäßigerweise durch eine Form von Impulslängenveränderung gesteuert.

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Claims

2122302 - 9 Patentansprüche;

1.) Wechselrichter mit mindestens einer Schaltgruppe mit zwei steuerbaren Hauptventilen, die zwischen den beiden Polen eintr den Wechselrichter speisenden Gleichspannungsquelle miteinander in Reihe geschaltet sind und deren Anschlußpunkt die Anzapfung für die Ausgangsspannung des Wechselrichters ist, mit einem Steuergerät, das diese Ventile abwechselnd zündet, · _{ mit zwei steuerbaren Kommutierungsventilen, die in Reihe miteinander in eine zwischen den beiden Polen einer Gleichspannungsquelle angeschlossene Reihenschaltung eingehen, mit einem Steuergerät, das die Kommutierungsventile zum Löschen der Hauptventile abwechselnd zündet, mit einem Kommutierungskondensator, der zwischen dem Anschlußpunkt der Hauptventile und einem zwischen den Kommutierungsventilen liegenden Punkt der genannten Reihenschaltung angeschlossen ist, und mit mindestens einem induktiven Element, das zusammen mit dem Kommutierungskondensator einen Reihenschwindungskreis zum Umladen des Kondensators bei jeder Kommutierung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem einzelnen Pol der Gleichspannungsquelle und deT?0fechselspannungsanzapfunjfldes J Kommutierungskondensatorsj zugewandten Klemmefangeschlossene Begrenzungsventile (D12, D22) angeordnet sind, die eine solche Polarität haben, daß sie gegen die Spannung der Gleichspannungsquelle sperren, und daß das induktive Element zwei Reaktanzspulen (L1, L2) hat, von denen jede zwei induktiv miteinander verbundene Wicklungen (L1a, L1b, I2a, L2b) hat und die eine

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Wicklung jeder Reaktanzspule mit einem an einem Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossenen Kommutierungsventil (TTT, T21) und die zweite Wicklung mit einem am anderen Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossenen Begrenzungsventil (D12, D22) in Reihe geschaltet ist.

2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsventile (DT2, D22) ungesteuerte Ventile sind.

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