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Wechselrichter mit Energierückspeisung Die Erfindung betrifft einen
Wechselrichter mit Energierückspeisung, der mindestens zwei steuerbare Ventile,
eine Kommutierungsdrossel, Kommutierungskondensatoren sowie RUckspeiseventile und
einen Rückspeisetransformator für die Rückspeisung von Energie von der Kommutierungsdrossel
aufweist.
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Wobei er Rückspeisetransformator mit seiner Primäärwicklung im Rückspeisestromweg
von der Kommutierungsdrossel und vom Verbraucher zur Gleichstromquelle sowie ausserhalb
des Hauptstromweges des Wechselrichters angeordnet ist, Eine solche Wechseirichterschaltung
ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 271 817 bekannt.
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Die bekannte Schaltung hat den Vorteil, dass die in der Kommutierungsdrossel
bzw. in den Kommutierungskondensatoren gespeicherte Energie nach Jedem Kommutierungsvorgang
ohne - hinsichtlich der Oberwellen notwendigerweise ungilnstige -Beanspruchung und
sogar ohne Notwendigkeit Uberhaupt eines Wechselrichtertransformators zur Gleichstromquelle
zurUckgespeist werden kann. Sie hat aber den Nachteil, dass für die Rückspeisung
besondere Gleichrichterelemente ausser den ohnehin vorhandenen Rückspeiseventilen
erforderlich sind.
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Dies macht sich insbesondere bei mehrphasigen Wechselrichtern mit
einer entsprechenden Anzahl von Wechselrichtergruppen und Je einem Rückspeisetransformator
sowie zugehörigen Gleichrichterelementen durch erhöhten Aufwand bemerkbar, vor allem
bei Verwendung von Rückspeisetransformatoren mit ungeteilter, Sekundärwicklung und
Gleichrichterbrückenschaltung.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Wechselrichters, der
sich bei Aufrechterhaltung der vorgenannten Vorteile der bekannten Wechselrichterschaltung.
durch verminderten Bauaufwand hinsichtlich der für die RUckspeisung erforderlichen
Gleichrichterelemente auszeichnet. Die ertindungsgemEsse Lßsung dieser Aufgabe kennzeichnet
sich bei einem Wechselrichter der eingangs genannten Art dadurch, dass die SekundSrwicklung
des RUckspeisetransformators an einen Abgriff eines kapazitiven
Spannungsteilers
angeschlossen- ist, dessen Endanschlüsse an den Klemmen der Gleichstromquelle liegen.
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Diese Schaltung arbeitet im Gegensatz zu der bekannten, die gerade
einen Batteriemittelpunkt vermeiden soll, mit einem solchen Mittelpunkt, der durch
den Abgriff des kapazitiven Spannungsteilers gebildet ist und im Gegensatz zu anderweitig
bekannten Schaltungen mit ohmschem Spannungsteiler keine Verluste verursacht. Die
Kondensatoren des kapazitiven Spannungsteilers werden bei der Erfindung wechselweise
fieber die Sekundärwicklung des Rückspeisetransformators und die ohnehin vorhandenen
Rückspeiseventile aufgeladen, was infolge der Parallelanordnung zur Gleichstromquelle
einer RUckspeisung in diese gleichkommt. Besondere Gleichrichterelemente sind für
diese Rückspeisung nicht erforderlich, was die gewünschte Verminderung des Schaltungsaufwandes
darstellt. Der kapazitive Spannungsteiler bedeutet ebenfalls keinen zusätzlichen
Aufwand, weil er den sonst erforderlichen Eingangskondensator des Wechselrichters
ersetzt. Eine besonders fühlbare Aufwandsverminderung ergibt sich bei Mehrphasenwechselrichtern,
weil der durch einen einzigen kapazitiven Spannungsteiler gebildete Batteriemittelpunkt
gemeinsam für die Rückspeisetransformatoren sämtlicher Ventilgruppen des Wechselrichters
verwendet werden kann. Einerseits bleibt es hier also bei einem Kondensatoraufwand,
der nicht wesentlich höher als derjenige
für den ohnehin erforderlichen
Eingangskondensator ist, während andererseits im Vergleich zu der eingangs erwähnten
bekannten Schaltung die besonderen Gleichrichterelemente sämtlicher Rückspeisetransformatoren
entfallen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Hierin zeigt: Fig. 1 einen Zwei phasenwechselrichter nach der Erfindung
und Fig. 2 einen Dreiphasenwechselrichter entsprechenden Aufbaues.
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Die Schaltung nach Fig. 1 umfasst zwei Wechselrichter- oder Ventilgruppen
mit Je zwei Thyristoren Th1 und Th2 bzw Th3 und Th4 als gesteuerten Ventilen, zwei
Dioden D1 und D2 bzw. D3 und D4 als Rückspeiseventilen und zwei Konunutierungskondensatoren
C1 und C2 bzw. C3 und C4. Die beiden Thyristoren sind jeweils über eine Kommutierungsdrossel
L1 bzw L2 in Reihe geschaltet, während die Verbindung der in Reihe geschalteten
Rückspeisedioden am Abgriff je eines in Sparschaltung ausgeführten Rückspeisetransformators
T1 bzw T2 liegt. Die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren sind mit ihren Anschlüssen
a gemeinsam an den Mittelabgriff eines
symmetrischen, aus Kondensatoren
C6 und C7 gebildeten kapazitiven Spannungsteilers geführt, während die Primärenschlüsse
der RtIckpeisetransformatoren an die Mittelabgriffe b bzw. b2 der zugehörigen Kommutierungsdrosseln
L1 und L2 gerührt sind.
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Die Verbindung der Kommutierungsdrosseln mit den Kommutierungskondensatoren
und dem Verbraucher L entspricht üblicher Schaltungstechnik und bedarf keiner näheren
Erläuterung.
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Die Schaltung arbeitet wie folgt: Ausgehend von leitendem Thl und
sperrendem Th2 mit entsprechend entladenem C1 und auf die Speisespannung U der Gleichstromquelle
(Klemmen + -) aufgeladenem C2 sowie stromführender oberer Halbwicklung von L1 wird
zur Einleitung der Kommutierung Th2 gezündet. Für den Ausgangszustand und die folgenden
Vorgänge in der rechten Wechselrichtergruppe gilt mit Bezug auf die Thyristoren
Th4 und Th3 und die zugehörigen Beschaltungselemente entsprechendes wie für Thl
und Th2.
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Durch das Zünden von Th2 wird die in C2 gespeicherte Spannung U an
die untere Halbwicklung von L1 gelegt, woran sich unter entsprechender Stromzunahme
eine induktive Gegenspannung zunächst
gleicher Grösse aufbaut.
Infolge der magnetischen Kopplung zwischen beiden Halbwicklungen der Kommutierungsdrossel
wird in der oberen Halbwicklung eine gleich grosse und gleich gepolte Spannung induziert,
die eine Stromabnahme in dieser Halbwicklung und damit in Th1 erzwingt, bis Thl,
unter gleichzeitiger Aufladung von C1 auf U, sperrt.
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Nun tritt ein Ueberschwingen des Entladestromes von C2 durch die untere
Halbwicklung von L1 und Th2 über den Laststrom auf, d.h. ein Anstieg des Stromes
i2 bis zu einem Maximum und anschliessender Abfall mit Entladung von C2 bis auf
den Laststrom bei ohmscher oder kapazitiver Lastbzw.
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bis auf Null (wegen der Sperrwirkung von Th1) bei induktiver Last.
Der Stromanstieg hat die schon erläuterte Induktion einer Löschspannung für Th1
in der oberen Halbwicklung von L1 zur Folge. Der anschliessende Spannungsabfall
hat bei schon sperrendem Thl im oberen Schaltungskreis keine Wirkung mehr, wohl
aber eine i2 weitertreibende Selbstinduktionsspannung u2 mit entsprechendem Strom
inder Schleife 11 Th2, D2, T1 (Primärwicklung) zur Folge, d.h. eine gemäss Zähhlpfeil
positiv gepolte Spannung u3.mit Strom i3. Letzterer teilt sich bei konstant eingeprägtem
U am Spannungsteiler in zwei Teilströme i3' und i3" auf, die im Verhältnis der Kapazitoten
c6zu C7 stehen und das Potential des Spannungsteilerabgriffs verschieben, und zwar
im betrachteten Arbeitstakt
nach +. i' fliesst in die Gleichstromquelle
und bewirkt so die gewünschte Rückspeisung. Bei nachgiebigem U wird die Aufladung
von C7 nicht oder nur teilweise durch Entladung von C6 ausgeglichen, so dass U insgesamt
zunimmt, der kapazitive Spannungsteiler als Eingangskondensator also insgesamt aufgeladen
wird und im nächsten Takt an der Speisung teilnehmen kann.
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Beim nächstem Kommutierungstakt mit aufkommutierenden Th1 erfolgt
dann umgekehrt eine unmittelbare Aufladung von C6 mit entsprechender Entladung von
C7 bzw. Gesamt aufladung des Spannungsteilers.
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Die Schaltung erfüllt also alle Rückspeisungsfunktionen bezüglich
gespeicherter Kommutierungsenergien nur mittels der Rückspeisetransformatoren und
der ohnehin für die Blindleistungsrückführung oder Verbraucherleistungsrückführung
vorhandenen Rückspeisedioden D1 bis D4.
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Die Dreiphasenschaltung gemäss Fig. 2 besteht aus drei Wechselrichter-
bzw. Ventilgruppen I, II und III, deren jede gemäss der vorangehend besprochenen
Schaltungsgruppe aufgebaut ist und auch in entsprechender Weise arbeitet. Es sind
Jedoch hier die Lastanschlüsse der einzelnen Gruppen aln Klemmen R, $ T einer Drehstromquelle
herausgeführt.
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Die Sekundärwicklungen sämtlicher Rückspeisetransformatoren sind gemeinsam
an den Abgriff c des kapazitiven Spannungs teilers C6, 7 geführt (die Elemente in
Gruppe I sind entsprechend Fig. 1 bezeichnet, für die übrigen gilt Sinne mässes).
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Die Zusammenschaltung mehrerer Rückspeisetransformatoren hat zur Folge,
dass sich die transformierten Rückströme aus den verschiedenen Kommutierungen am
Abgriff des Spannungsteilers überlagern, sofern sich die Kommutierungen zeitlich
überschneiden. Soweit sich dabei am Abgriff resultierende Ströme ergeben, erfolgt
die zuvor besprochene Umladung der Kondensatoren mit Rückspeisung, im übrigen erfolgt
eine unmittelbare Rückspeisung ohne Beteiligung des kapazitiven , Spannungsteilers
über die gemeinsame Verbindung der Sekundärwicklungen der Rückspeisetransformatoren
und die jeweils beteiligten RUckspeisedioden.