DE2204091A1

DE2204091A1 - Wechselrichter

Info

Publication number: DE2204091A1
Application number: DE19722204091
Authority: DE
Inventors: Jan Dipl.-Ing.; IbI Stanislav Dipl.-Ing.; Bartos Stanislav Dipl.-Ing.; Cerovsky Zdenek Dipl.-Ing.; Prag Kameniöfy
Original assignee: CZKD PRAHA
Current assignee: CZKD PRAHA
Priority date: 1971-02-02
Filing date: 1972-01-28
Publication date: 1972-08-10
Also published as: GB1346153A; FR2124404B1; FR2124404A1; CH534977A; CS149821B1

Description

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M ü η c !·. θ η £2, Steinsdorfstr. If

233-18.235Ρ 28. 1. 1972

CKD Praha, oborovfr podnik, P r a h a (CSSR)

Wechselrichter

Die Erfindung betrifft einen aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten Wechselrichter mit einem Ausgang beliebiger Phasenanzahl.

Von der großen Anzahl der bekannten Wechselrichterschaltungen scheinen diejenigen Typen die vorteilhaftesten zu sein, die eine höhere Trägerfrequenz benützen. Diese Schaltungen ermöglichen eine WechselSpannungsänderung des Ausgangsnetzes durch die Impulsbreitenmethode oder auch eine Modulation der gewünschten Wechselspannungsverläufe in sämtlichen Ausgangsphasen bei konstanter Spannung des Zwi s chenkrei s es.

Dies hat einen weiteren großen Vorteil: Die Gleichspannung des Zwischerikreises muß nicht geregelt werden, die

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Kommutationskondensatoren erhalten immer die volle Spannung, so daß die Gefahr einer Kürzung der Schutzzeit der Thyristoren bei geringeren Ausgangsspannungen beseitigt ist. Außerdem können die Kommutationsdrosselspulen in diesem Fall so angeordnet werden, daß Kreisströme kaum auftreten und die Spannung am Kommutationskondensator nicht anwächst. Es muß dann nicht mit Verlusten oder einer beschwerlichen Rücklieferung der Energie in die Stromquelle gerechnet werden.

Trotzdem haben diese bisher bekannten Schaltungen einen wesentlichen Nachteil. Jeder der Hauptthyristoren muß mit einem eigenen unabhängigen Löschkreis versehen sein, mit dem er im wesentlichen gemeinsam mit der Rückleitungsdiode einen Gleichspännungs-Impulswandler vom Zweifachschwingungstyp bildet. Der Löschkreis kann verschieden ausgeführt werden, er enthält jedoch in der Regel einen Kommutationskondensator, einen Löschthyristor, eine Hilfsdiode und eine Induktivität. Dadurch steigt die Anzahl dieser teuren und umfangreichen Teile an und ebenso die Gesamtabmessungen, das Gewicht und der Wechselrichterpreis.

Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Schaltung beseitigt.

Die Erfindung betrifft einen aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten Wechselrichter mit einem Ausgang beliebiger Phasenanzahl mit Hauptthyristoren, Rückleitungsdiöden und Kommutationsinduktivitäten, wobei sämtliche Hauptthyristoren mit den Elektroden gleicher Polarität an einen Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen sind und durch einen gemeinsamen Löschkreis gelöscht werden, dessen erste

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Ausgangsklemme an den gleichen Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Die zweite Ausgangsklemme ist mittels der einzelnen Löschdioden einzeln an die restlichen Elektroden der Hauptthyristoren so angeschlossen, daß die Halbleiter-Löschelemente mit den Elektroden gleicher Polarität an die Hauptthyristoren geschaltet sind. Der Löschkreis besteht dabei aus der Parallelkombination eines Kommutationskondensators und eines Zweiges, der die Reihenschaltung eines Löschthyristors und einer Überschwingungsinduktivität bildet. Der Löschthyristor ist an die Gleichspannungsquelle bezüglich seiner Polarität genauso angeschlossen wie die Hauptthyristoren.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Wechselrichters wird die Anzahl der Löschkreise auf zwei beschränkt, und zwar ohne Rücksicht auf die Anzahl der Ausgangsphasen. Jeder Löschkreis umfaßt einen Kommutationskondensator, eine Überschwingungsinduktivität und einen Löschthyristor, wobei diese Elemente ungefähr so wie beim ¥echselrichter mit einzelnen Löschkreisen dimensioniert sind. Zur einzelnen Ausstattung des Hauptthyristors gehört dann lediglich ein Halbleiterlöschelement. So wird z. B. bei einem Dreiphasenwechselrichter die zu den Löschkreisen gehörige Ausstattung, was Gewicht, Preis und Umfang anbelangt, auf ein Drittel herabgesetzt.

Aus der folgenden Beschreibung sind noch weitere vorteilhafte Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schaltung ersichtlich. Vor allem bleiben die Steuerfähigkeit der Schaltung und mit ihr alle bereits genannten Vorteile erhalten.

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Die Hauptthyristoren können zwar nicht einzeln gelöscht werden, die Löschung muß in einer Gruppe erfolgen, die an den gemeinsamen Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, sie sind jedoch einzeln anschließbar, und dies genügt zur Einzel-Steuerung eines jeden Hauptthyristors.

Es können ferner Hauptthyristoren verwendet werden, die bezüglich der Ausschaltdauer qualitativ schlechter sind, ohne daß aus diesem Grunde die Größe des Kommutationskonde;:sators beeinflußt wird. Es müssen deshalb nur zwei schnellwirkende Löschthyristoren verwendet werden. Die Hauptthyristoren können entweder der Grundreihe mit einer garantierten Ausschaltdauer angehören oder schnellwirkend sein, können jedoch eine schlechtere Qualität bezüglich der Ausschaltdauer aufweisen. Bei dem beträchtlichen Preisunterschied zwischen einem schnellwirkenden und einem Grundreihenthyristor bedeutet dies einen großen Vorteil.

Der erfindungsgemäße Wechselrichter kann auch ohne Trägerfrequenz mittels der "2/3 Tf "-Methode betrieben werden. In diesem Fall kann die Ausgangsspannung jedoch bei konstanter Spannung des Zwischenkreises nicht gesteuert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beiliegenden, aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung dargestellt.

Dort ist ein Dreiphasenwechselrichter in Brückenschaltung abgebildet, der von den Klemmen eines Gleichspannungszwischenkreises gespeist wird. Er besteht aus sechs Haupt-

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thyristoren und sechs Rückleitungsdioden. Die eine Ausgangsphase speisenden Hauptthyristoren und Rückleitungsdioden sind von einander gegenseitig und von der Ausgangsphase durch Kommutationsinduktivitäten getrennt. Die obere und die untere Gruppe der Hauptthyristoren, d. h. die von dem Pluspol 1 oder Minuspol des Gleichspannungszwischenkreises gespeiste Gruppe, sind stets mit einem gemeinsamen Löschkreis versehen, von denen der zum Pluspol 1 gehörige genau beschrieben ist.

Hauptthyristoren 11, 12, 13 sind mit den verbundenen Anoden an den Pluspol 1 des Gleichspannungszwischenkreises angeschlossen. Mit ihren Kathoden sind die Kathoden von Löschdioden 21, 22, 23 verbunden. Die Anoden dieser Dioden sind miteinander zu einem Knoten geschaltet und an die zweite Ausgangsklemme 3 eines Kommutationskondensators 60 angeschlossen. Die erste Ausgangsklemme 2 dieses Kondensators steht mit dem Pluspol 1 in Verbindung. Parallel zum Kommutationskondensator 60 ist die Reihenkorabination einer Überschwingungsinduktivitat 50 und eines Löschthyristors kO geschaltet, der mit seiner Anode an den Pluspol 1 angeschlossen ist.

Der Wechselrichter arbeitet so, daß der Löschthyristor kO Zündimpulse in einem regelmäßigen Takt erhält, der durch die Trägerfrequenz bestimmt ist. Dabei werden immer sämtliche Hauptthyristoren 11, 12, 13 der oberen Gruppe, die gerade im leitfähigen Zustand ist, ausgeschaltet. Die Hauptthyristoren 11, 12, 13 werden der gewünschten Steuerung entsprechend während des Formungs- oder Anschnittsteuerintervalls, d. h. zwischen den Zündpunkten des Löschthyristors 40,

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gewöhnlich zu verschiedenen Zeitpunkten gezündet. So wird in den einzelnen Phasen während des Formungsintervalls eine Spannungskurvenfläche gewünschter Größe geschaffen.

Der Gesamtbetrieb, der Wechselrichtertakt, sei beginnend mit dem Zeitpunkt verfolgt, in dem das Löschen stattfindet.

Die Hauptthyristoren 11, 12, 13 und der Löschthyristor hO sind nicht im leitfähigen Zustand, und der Konimutationskondensator 6O ist auf die Polarität oC aufgeladen. Den Phasenstrom (insofern die induktive Komponente der Belastung und sein ungestörter Verlauf vorausgesetzt werden) übernehmen die Rückleitungsdioden der unteren Gruppe. Nach der Zündung z. B. des Hauptthyristors 11 verlöscht die entsprechende Rückleitungsdiode der unteren Gruppe, und den Phasenstrom übernimmt der Hauptthyristor 11. Nach ihm kann ein weiterer der Hauptthyristoren 12 und 13 zu wirken beginnen. Die Zündung der Hauptthyristoren 11, 12, 13 übt auf den Zustand des Löschkreises keinen Einfluß aus. Der Kreis bleibt durch die Löschdioden 21, 22, 23 abgeschaltet. Nach der Zündung des Löschthyristors kO beginnt das Umladen des Kommutationskondensators 60 auf die Polarität ß. Beim Nulldurchgang der Spannung erfolgt zuerst die Löschung der gezündeten Hauptthyristoren 11, 12, 13 der oberen Gruppe. Die Kommutation kann sehr schnell erfolgen, weil im Kommutationskreis keine Induktivität nötig ist. Nach dem Erlöschen der Hauptthyristoren 11, 12, 13 wird der Stromfluß der Überschwingungsinduktivität 50 über drei parallele Kreise ermöglicht, und zwar über die Kommutationsinduktivität und die Rückleitungsdioden der oberen Gruppe und auch parallel über

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den Kommutationskondensator 60, der dabei auf die Polarität ß aufgeladen wird. Der Vorgang endet mit dem Erlöschen des Löschthyristors hO und dem wieder erfolgenden Umladen des Kommutationskondensators 60 auf die ursprüngliche Polarität oC über die Rückleitungsdioden und teilweise auch über die Belastung. Während der Dauer der Polarität ß erhält der Löschthyristor kO die nötige Sperrspannung für seine Entionisierung, die Hauptthyristoren 11, 12, 13 erhalten sie jedoch langer, gleich nach ihrem Erlöschen, das zu einem früheren Zeitpunkt erfolgt als beim Löschthyristor 40. So ist für sie eine bis um 50 $ längere Schutzzeit sichergestellt als für den Löschthyristor kO.

Beim "2/3 7Γ "-Betrieb ist der Arbeitstakt des Wechselrichters der gleiche, nur mit dem Unterschied, daß in einer Gruppe immer nur ein Hauptthyristor sich im leitfähigen Zustand befindet, und zwar während der Dauer von 180 oder 120° elektrisch.

Beide Betriebsarten - mit der Trägerfrequenz und dem 2/3ff-Betrieb - können leicht kombiniert werden. Dies ist bei Antrieben vorteilhaft, wo ein großer Drehzahlbereich und eine hohe Maximaldrehzahl erwünscht sind. Dann kann der Wechselrichter bis zu einer bestimmten Drehzahl mit einer Trägerfrequenz arbeiten, über diese Drehzahl hinaus mittels des 2/3 Il-Betriebs. Bei einer niedrigen Ausgangefrequenz ist dann die nötige Spannungsregelung sichergestellt, bei einer hohen Ausgangsfrequenz ist die Ausgangsspannung konstant. Bei einem Asynchronmotor bedeutet dies eine höhere Drehzahl bei absinkendem Drehmoment, was oft erwünscht ist,,

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Bei dieser kombinierten Steuerung erhält der Kommutationskondensator 60 ständig eine genügende Spannung.

Diese angedeutete Schaltung eignet sich besonders gut für Fahrzeuge mit elektrischer Leistungsübertragung und asynchronen Fahrmotoren, die Kurzschlußanker haben.

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Claims

Patentanspruch

Wechselrichter, der aus einer Gleichspannungsquelle gespeist wird und einen Ausgang beliebiger Phasenanzahl, Thyristoren, Rückleitungsdioden und Kommutationsinduktivitäten aufweist, dadurch" gekennzeichnet , daß Hauptthyristoren (11, 12, 13) mit ihren Elektroden gleicher Polarität an den Pluspol (i) der Gleichspannungsquelle angeschlossen sind und durch einen gemeinsamen Löschkreis (30) gelöscht werden, dessen erste Ausgangsklemme (2) gleichfalls mit dem Pluspol (1) der Gleichspannungsquelle verbunden ist, während die zweite Ausgangsklemme (3) durch einzelne Halbleiterlöschelemente, z_o B. Dioden (21, 22, 23), einzeln an die restlichen Elektroden der Hauptthyristoren (11, 12, I3) so angeschlossen ist, daß Halbleiterelemente, z. Bo die Löschdioden (21, 22, 23), an die Hauptthyristoren (11, 12, 13) mit den Elektroden gleicher Polarität geschaltet sind, daß der Löschkreis (30) aus der Parallelkombination eines Kommutationskondensators (60) und eines Zweigs besteht, der einen Löschthyristor (4o) und eine mit ihm in Reihe verbundene Überschwingungsinduktivität (50) enthält, und daß der Löschthyristor (4o) bezüglich der Gleichspannungsquelle gleich gepolt ist wie die Hauptthyristoren (11, 12, 13).

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