DE2158663A1

DE2158663A1 - Selbstgefuehrter wechselrichter

Info

Publication number: DE2158663A1
Application number: DE19712158663
Authority: DE
Inventors: Joerg Dipl Ing Brenneisen; Arnold Dipl Ing Schoenung
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1971-11-26
Filing date: 1971-11-26
Publication date: 1973-05-30
Also published as: CH541899A; FR2161037B1; SE381539B; FR2161037A1; IT971175B; AT314038B

Description

iK)WiJ, POViIRI S. CiE ■ AKTiENQ EöE

Md.-Nr. 627/71 Mannheim, den 12.11.71

PAT-Ko/St. j

"Selbstgeführter Wechselrichter" ]

Die Erfindung "bezieht sich auf einen selbstgeführten Wechselrichter mit wenigstens zwei an eine Gleichspannungsquelle an- _; ! geschlossenen steuerbaren Ventilsteigen, mit einer aus einem Energiespeicher und antiparallelen steuerbaren Ventilen be- ,

1

j stehenden Kommutierungseinrichtung und mit einer Belastung, wo-^: bei die Zündung des dem abzulösenden Ventilzweig zugeordneten ■ Kommutierungsventils um eine Zeitspanne vor dem Zünden des 1 ablösenden Ventilzweiges erfolgt.

Bei einem bekannten selbstgeführten Wechselrichter (P 1 438414. 6) besteht die Kommutierungseinrichtung aus einem Kommutierungskondensator, einer Kommutierungsdrossel und zwei antiparallel angeordneten steuerbaren Kommutierungsventilen. Jedes Kommutierungsventil ist einem der beiden Ventilzweige des | Wechselrichters zugeordnet, wobei die Ventilzweige sowohl in Reihen- als auch in Parallelschaltung angeordnet sein können. Zur Kommutierung des Laststroms von einem Ventilzweig auf den anderen Ventilzweig werden die Kommutierungsventile eine bestimmte Zeitspanne vor dem Zünden des ablösenden Ventilzweiges gezündet, so daß sich die in dem Kondensator aufgespeicherte Kommutierungsenergie in der Weise abbaut, daß zunächst das abzulösende Ventil von einem Kommutierungsstrom entgegen seiner Durchlaßrichtung durchflossen und dadurch gelöscht wird und daß anschließend der Kommutierungsstroni über eine dem abzulösenden Ventilzweig antiparallel geschaltete Paickstromdiode in die speisende Gleichspannungsquelle zurückfließt. Durch die ; Anordnung von ICornmutierungsventilen ist es bei dem bekannton

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Wechselrichter möglich, den Beginn des Kommutierungsvorganges sowie die Kommutierung des Laststroines auf den ablösenden Ventilzweig zu steuern.

Es hat sich indessen gezeigt, daß bei größeren Veränderungen der Ouellengleichspannung und/oder des laststromes die während des Ladevorganges gespeicherte Kommutierungsenergie nicht ausreichen kann, um einen genügend großen Kommutierungsstrom zu treiben, welcher das abzulösende Ventil zum Erlöschen bringen kann. Die genanntai Veränderungen treten beispielsweise auf, wenn als Gleichspannungsquelle ein von einem Wechselspannungsnetz gespeister Gleichrichter verwendet wird, welcher eine Gleichspannung hoher Welligkeit erzeugt oder wenn gegenüber dem Nennstrom überhöhte Lastströme auftreten (Verringerung der Lastimpedanz). Infolge der ausbleibenden Löschung des abzulösenden Ventilzweiges wird bei der Zündung des folgenden Ventilzweiges die Gleichspannungsquelle des Wechselrichters kurzgeschlossen, wodurch die Ventile mit einem stoßartigen KurzSchlußstrom belastet werden, was eine unerwünschte Betriebsstörung verursacht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen selbstgeführten Wechselrichter zu schaffen, welcher bei sämtlichen auftretenden Betriebszuständen eine sichere Kommutierung der Ventilzweige ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Verstellung der Zeitspanne eine Einrichtung vorgesehen ist, we3.ehe\ zumindest ein Schaltkreiselement zum Vergleich des Soll- und Istwertsignals der Kondensatorspannung enthält.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Einrichtung ferner Schaltkreiselemente zum Vergleich der Re-

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ferenz- und Istwertsignale der Quellengleichspannung und/oder
des Laststroms sowie eine Surnmiereinrichtung zur Addition
des Istwert-Sollwertdifferenzsignals und der Istwert-Referenz
wertsignale enthält.

ίη "bevorzugter Weise ist die Einrichtung mit dem Steuereingang eines für die Ventilzweige und die Kommutierungsventile
gemeinsam¹ Steuergerätes verbunden.

Eine Möglichkeit besteht darin, daß antiparallel zu den steuerbaren Ventilzweigen ungesteuerte Ventilzweige angeordnet sind.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist als Energiespeicher ein Kondensator vorgesehen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist als Energiespeicher ein aus einer'Drosselspule und einem Kondensator
bestehender Serienschwingkreis vorgesehen.

Durch die Erfindung wird die Zeitspanne, mit v/elcher die Kommutierungsventile vor Zünden des ablösenden Ventilzweiges ge- ι zündet werden, in der Weise verstellt, daß zum Zeitpunkt der ; Zündung der Kommutierungsventile die in der Kommutierungsein- I richtung gespeicherte Energie stets zur Löschung des abzulösen-

den Ventilzveiges ausreicht. Dadurch kann der erfindungsgemäße ; Wechselrichter auch unter extremen Betriebsverhältnissen ein- i gesetzt werden, ohne daß die Gefahr eines Kurzschlußes der
Ventilzweige auftreten kann. Beispielsweise ist es möglich, j als Gleichspannungsquelle einen Gleichrichter mit hoher Aus- ' gangswelligkeit zu verwenden, wodurch der Aufwand für Glättungseinrichtungen (Drosseln, Kondensatoren) verringert werden kann.' Ferner können bei Wechselrichtern mit gelegentlichen oder per-j iodischen Lastströmen unterhalb des Nennstroms die Komnnrtierungs einrichtung (Ventil, Drosseln, Kondensatoren) sowie die Ventilzweige für kleinere Leistungen bemessen werden.

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Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dar gestellten Ausfünrungsbeispieles näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen selbstgeführten Wechselrichters mit seriengeschalteten Yentilzweigen

Fig. 2 ein Signalflußschaltbild einer Einrichtung zur Verstellung der Zeitspanne, um welche die Kommutierungsventile vor dem Zünden der betreffenden ablösenden Ventilzweige gezündet werden

Fig. 3 ein Zündimpulsdiagramm für den Wechselrichter nachFig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte selbstgeführte Serienwechselrichter enthält die Ventilzweige 1 und 2, welche von einer Gleichspannungsquelle 3 mit einem Mittelpunkt 4 gespeist werden. Den Ventilzweigen 1 und 2 ist je eine Rückstromdiode 5 bzw. 6 antiparallel geschaltet. Zwischen die Verbindungsklemme 7 der beiden Ventilzweige 1 und 2 und dem Mittelpunkt 4 der Gleichspannungsquelle 3 ist sowohl die Kommutierungseinrichtung 8 als auch die Belastung 9 geschaltet. Die Kommutierungseinrichtung 8 besteht aus dem Kommutierungskondensator 10, der Kommutierungsdrossel 11 und den beiden antiparallel angeordneten steuerbaren Kommutierungsventilen 12 und 13.

Zur Erfassung der Kondensatorspannung u ,

der Quellenspannung ι U, sowie des Belastungsstromes ij ist je eine Messeinrichtung · 14 bzw. 15 bzw. 16 vorhanden. Die Messeinrichtungen 14,15,16

führen die ermittelten Meßwerte einer Einrichtung 17 zu, welche j in Fig. 2 näher beschrieben sind. '

Die mit den Ausgängen der Messeinrichtungen 14, 15 und 16 verbundenen drei Eingänge der Einrichtung 17 (Fig.2) führen zu je einem Vergleichsglied 18, 19 bzw. 20, welche einen Vergleich der von den Messeinrichtungen 14,-15 und 16 ermittelten Istwertsignale mit entsprechenden Sollwert- bzw. Referenzsignalen durchführen. Die Sollwert- bzw. Referenzsignale werden von nicht dargestellten einstellbaren Gleichspannungsquellen erzeugt. Die an den Ausgängen der Vergleichsglieder 18, 19 und 20 gebildeten

Differenzsignale Au., Δ

bzw. Λϊτ werden durch die Ver

stärker 21, 22 bzw. 23 verstärkt und einer gemeinsamen Summiereinrichtung 24 zugeführt. Durch die Summiereinrichtung 24 ist gewährleistet, daß bei gleichzeitigen Änderungen der drei Istwertsignale teils in positiver, teils in negativer Richtung eine Kompensation der gegenläufigen Veränderungen erfolgt.

Das Ausgangssignal der Summiereinrichtung 24 wird über einen Verstärker 26 dem Steuereingang eines Steuergerätes 25 züge-

- 6 ΊΠΓ9 8 2 27 U 5 9 8

führt, welches sowohl für die Ventilzweige 1 und 2 als auch für
die Kommutierungsventile 12 und 13 entsprechende Ausgänge t>e- . sitzt.

Die Arbeitsweise des Steuergerätes 25 soll an Hand eines Zünd- '

impulsdiagramms (Fig.3) näher erläutert werden. Zum Zeitpunkt

t ist der Ventilzweig 1 gezündet, so daß der Laststrom i_T !

von der positiven Klemme der Gleichspannungsquelle 3 über den !

Ventilzweig 1, die Verbindungsklemme 7 und die Belastung 9 zu ;

dem Mittelpunkt 4 der Gleichspannungsquelle 3 fließt (Fig.1). \

Zum Zeitpunkt t^ werden die Zündimpulse für den Ventilzweig 1 ■

abgeschaltet und das Kommutierungsventil 12 gezündet. Dadurch i

entlädt sich der Kondensator 10 in Gegenrichtung zu dem Last- !

ι strom i_T über die Drossel 11, das Kommutierungsventil 12, die I

Verbindungskiemme 7, den noch stromleitenden Ventilzweig 1, ! die Gleichspannungsquelle 3 und den Mittelpunkt 4 und treibt j einen sinusförmigen Kommutierungsstrom in Gegenrichtung zu dem ■ Laststrom iy, wodurch der Ventilzweig 1 erlischt und der Last- \ strom i_T zu null wird. Nach Erlöschen des Ventilzweiges 1 | fließt der Kommutierungs strom anstelle über den Ventilzweig 1 ', über die Diode 5 in gleicher Richtung weiter. Zum Zeitpunkt t~
wird der ablösende Ventilzweig 2 gezündet, wodurch der Laststrom i-r seine Stromrichtung umkehrt und von dem Mittelpunkt 4 : der Gleichspannungsquelle 3 über die Belastung 9> die Anschluß- , klemme 7 und den Ventilzweig 2 zu der negativen Klemme der j Gleichspannungsquelle 3 fließt. Zum Zeitpunkt t^ werden in i analoger Weise wie zum Zeitpunkt t/ die Zündimpulse für den- j Ventilzweig 2 abgeschaltet und das entsprechende Kommutierungsventil 13 gezündet. Zum Zeitpunkt tr wird dann der Ventilzweig
1 gezündet.

Während der Stromflußdauer des Kommutierungsstromes innerhalb
der Zeitspanne T zwischen t~ und t^ bzw. t< - t, lädt sich der
Kommutierungskondensator 10 von seinem positiven Scheitelspan-

nungswert +U. auf seinen negativen Scheitelspannungswert -U | um und ist damit für die folgende Kommutierung des Laststroms i, von dem Ventilzweig 2 auf den Ventilzweig.1 in der richtigen ■ Polarität aufgeladen. Durch die erfindungsgemäße Verstellung : der Zeitspanne T in Abhängigkeit der Kondensatorspannung u ' sowie der Störgrößen Quellenspannung U. und Laststrom i-r ist die Umladedauer des Kondensators.10 stets so groß, daß die

Kondensatorspannung den zur Kommutierung erforderlichen Wert besitzt.

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Claims

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Patentanspruch

ί1.J Selbstgeführter Wechselrichter mit wenigstens zwei an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen steuerbaren Ventilzweigen, mit einer aus einem Energiespeicher und antiparallelen steuerbaren Ventilen bestehenden Konunutierungseinrichtung und mit einer Belastung, wobei die Zündung des dem abzulösenden Ventilzweig zugeordneten Kommutierungsventils um eine Zeitspanne vor dem Zünden des ablösenden Ventilzweiges erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung der Zeitspanne eine Einrichtung (17) vorgesehen ist, welche zumindest ein Schaltkreiselement zum Vergleich des Soll- und Istwert- ' Signals der Kondensatorspannung (u_) enthält.
2. Selbstgeführter Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (17) ferner Schaltkreiselemente (18,20) zum Vergleich der Referenz- und Ist\rertsignale der Ouellengleichspannung (U.) und/oder des Laststroms (Ij₁) sowie eine Summiereinrichtung (24) zur Addition des Istwert-Sollv/ertdifferenzsignales (Äu_) und der Istwert-Referenzwertsignale (Δϋ,, AiJ enthält.
3. Selbstgeführter Wechselrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Einrichtung (17) mit dem Steuereingang eines für die Ventilzweige (1,2) und die Kommutierungsventile (12,13) gemeinsamen Steuergeräts (25) verbunden ist.
4. Selbstgeführter Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß antiparallel zu den steuerbaren Ventilzweigen (1,2) ungesteuerte Ventilzweige (5,6) angeordnet} sind.

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5. Selbstgeführter Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiespeicher ein Kondensator (10) vorgesehen ist.
6. Selbstgeführter Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiespeicher ein aus einer Drosselspule (11) und einem Kondensator (10) bestehender Serienschwingkreis vorgesehen ist.

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