DE2356893A1 - Wechselrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen fremdgesteuerten, selbstgeführten Wechselrichter mit gesteuerten Stromrichtervehtilen, die jeweils über Teilwicklungen eines Transformators und eine gemeinsame Kommutierungsdrossel mit den Klemmen einer Grleichspannungsquelle Verbunden sind, wobei federn gesteuerten Stromrichterventil und der gemeinsamen Kommutierungsdrossel eine Blindstromdiode antiparallel geschaltet ist, die an einer Anzapfung der mit den gesteuerten Stromrichterventil verbundenen Teilwicklung des Transformators liegt und wobei jedes gesteuerte Stromrichterventil über einen Kommutierungskondensator mit jedem anderen gesteuerten Stromrichterventil verbunden ist ο

Solche Wechselrichter sind "beispielsweise aus dem Buch "Thyristoren in der technischen Anwendung", Band 1s "Stromrichter mit erzwungener Kommutierung" Herausgeber:' Siemens AGM967» Seite 124 bekannt. Bei diesen Wechselrichtern,muß bei höherer Ausgangsfrequenz, d.h. Ausgangsfrequenzen, die größer als ungefähr 1000 Hz sind, die mit der Energie des Kommutierunga~ kondensators geladene Kommutierungsdrossel hauptsächlich mittels Widerstände rückmagnetisiert werden, die in den Blindstromdiodenzweigen liegen, da die an jeweils einer Transformat orwicklungs-Anzapfung verfügbare Spannungs ζ ei t fläche alle in für die Rückmagnetisierung nicht ausreicht. Dabei treten hohe Kommutierungsverluste auf, die den Wirkungsgrad herabsetzen.

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Es besteht die Aufgabe, die bei einem Wechselrichter der eingangs genannten Art auftretenden hohen Kommutierungsverluste zu vermindern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zu jedem Kommutierungskondensator eine Drossel in Serie geschaltet ist und daß jedem gesteuerten Stromrichterventil eine Entkopplungsdiode antiparallel geschaltet ist, die ebenfalls an einer Anzapfung der Teilwicklung des Transformators liegt, mit der das Stromrichterventil verbunden ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Wechselrichter werden die Ströme, die im Augenblick der Kommutierung fließen mit Hilfe der Entkopplungsdioden entkoppelt. Dabei fließt der während des Kommutierungskurzschlusses größere und durch die Kommutierungsdrossel begrenzte Gleichstrom nicht mehr als KrBisstrom über die gesteuerten Stromrichterventile. Mit dsm erfindungsgemäßen Wechselrichter werden die Kommutierungsverluste auch bei Ausgangsfrequenzen, die größer als 1000 Hz sind, gegenüber den Kommutierungsverlusten die bei bekannten Wechselrichtern auftreten, um mehr als 50$ gesenkt.

Die Blindstromdioden können durch eine Diode ersetzt sein, die in Serie mit einem Widerstand der Kommutierungsdrossel parallel geschaltet ist.. Dabei kann der Widerstand durch die Wicklung eines Übertragers ersetzt sein, wobei die zweite Wicklung des Übertragers in Serie mit einer weiteren Diode an den Klemmen der Gleichspannungsquelle liegt und beide Dioden zu den gesteuerten Stromrichterventilen antiparallel sind. Bei dieser Anordnung kann die Kommutierungsdrossel über den Widerstand oder den Übertrager rückmagnetisiert werden. Dies führt zur Einsparung einer Diode oder es wird die Beeinflussung der Sekundärspannung über die Transformatoranzapfungen vermieden.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Wechselrichter beispielhaft anhand der Mg. 1 bis 3 näher erläutert. In den

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Figuren sind drei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wechselrichters dargestellt. In allen Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wechselrichter in Mittelpunktschaltung. Die positive Klemme 1 einer Gleichspannungsquelle ist über eine Mittelanzapfung 2 an die Primärwicklung 3a eines Transformators 3 angeschlossen. An den Klemmen 3b und 3c- der Sekundärwicklung 3d des Transformators 3 steht die Ausgangswechselspannung an. An die Klemmen der Primärwicklung 3a des Transformators 3 ist jeweils die Serienschaltung eines gesteuerten Stromrichterventils 4a bzw. 4b und einer Seriendiode 5a bzw. 5b angeschlossen. Die gesteuerten Stromrichter- " ventile 4a und 4b können beispielsweise Thyristoren sein. Die Kathoden der steuerbaren Stromrichterventile 4a und 4b sind mit einer Kommutierungsdrossel 6 verbunden, die an die negative Klemme 7 einer Gleichspannungsquelle geführt ist. Zwischen die Anoden der steuerbaren Stromriehterventile 4a und 4b ist ein Kommutierungskondensator 8 geschaltet, der mit einer Drossel 9 in Serie liegt. Der Kommutierungsdrossel 6 und jedem Stromrichterventil 4a und 4b ist eine Freilaufdiode 10a bzw. 10b antiparallel geschaltet, wobei jede Freilauf diode, 10a bzw. 10b an einer Anzapfung 11a bzw. 11bdes Transformators 3 liegt. Weiterhin ist jedem steuerbaren Stromrichterventil 4a bzw. 4b und der zugehörigen Seriendiode 5a bzw. 5b jeweils eine Entkopplungsdio.de 12a bzw. 12b antiparairel geschaltet, wobei jede Entkopplungsdiode 1.2a bzw. 12b ebenfalls an einer Anzapfung 13a bzw_o 13b des Transformators 3 liegt.

Bezüglich der Wirkungsweise des beschriebenen Wechselrichters wird auf die obengenannte Idteraturstelle verwiesene Mit der gezeigten, erfindungsgemäßen Weiterbildung des bekannten Wechselrichters wird.mit der zusätzlichen Luftdrossel 9 und den beiden Entkopplungsdioden 12a und 12b ein Kommutierungsechwingkreis gebildet, der wegen der geringen Wicklungszahl .der Trans^· formatoranzapfungen 13a und 13b nur wenig gedämpft ist. Vermittels dieses Kommutierungsschwingkrelses werden die Ströme, die

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im Augenblick der Kommutierung fließen entkoppelt und die Energie des Kommutierungskondensators 8 gelangt nicht In die Kommutierungsdrossel 6 sondern schwingt zu etwa 60$ auf den Kommutierungskondensator 8 zurück. Die Kommutierungsverluste sind dadurch gegenüber den Kommutierungsverlusten der bekannten Schaltung um ungefähr 60$ verkleinert. Bei einem bekannten Wechselrichter wie er in der obengenannten Literaturstelle beschrieben ist, bei dem also die Drossel 9 und die Entkopplungsdioden 12a und 12b fehlen und bei dem in Serie zu den Freilaufdioden 10a und 10b Kommutierungswiderstände geschaltet sind und der bei einer Ausgangsfrequenz von 1500 Hz für eine Ausgangsleistung von 3000 Watt bei einer Eingangsspannung von 34 Volt ausgelegt war, wurden Kommutierungaverluste von ungefähr 1300 W und damit ein Gesamtwirkungsgrad von ungefähr 0,6 gemessen. Bei dem in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Wechselrichter erhielt man bei gleicher Auslegung hingegen nur Kommutierungsverluste von ungefähr 500 W und einen Gesamtwirkungsgrad von ungefähr 0,72.

Bei dem bekannten Wechselrichter wird die Kommutierungsdrossel ungefähr mit dem 4,5-fachen der Eingangsspannung beaufschlagt. Bei dem erfindungsgemäßen Wechselrichter, der in Fig. 1 gezeigt, liegt stattdessen an der Kommutierungsdrossel 6 nur noch die Eingangsspannung an. Zur Rückmagnetisierung der Kommutierungsdrossel 6 können daher wie in Fig. 2 gezeigt ist, die beiden Freilaufdioden 10a und 10b durch die Serienschaltung einer Diode 14 und eines Widerstandes 15 ersetzt werden, die der Kommutierungsdrossel 6 parallel geschaltet sind, wobei die Diode 14 antiparallel zu den gesteuerten Stromrichterventilen 4a und 4b ist. Die Rückmagnetisierung der Kommutierungsdrossel 6 über den Widerstand 15 bringt keine wesentliche Verschlechterung des Wirkungsgrades der Schaltung nach Fig. 1 mit sich und es kann eine Diode eingespart werden.

Eine Weiterentwicklung der in Fig. 2 gezeigten Schaltung zeigt Fig. 3. Dabei ist der Rückmagnetisierungswiderstand 15 durch die Wicklung 16a eines Übertragers 16 ersetzt, dessen zweite

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Wicklung 16b in Serie mit einer weiteren Diode 17 die Klemmen 1 und 7 der &leichspannungsquelle überbrückt. Auch die Diode 17 ist antiparallel zu den steuerbaren Stromrichterventilen. 4a und 4b geschaltet. Mit der Schaltung gemäß Fig. 3 erhält man den gleichen optimalen Wirkungsgrad wie bei der Schaltung gemäß Pig. 1.' Es wird aber zusätzlich die Beeinflussung der Sekundärspannung über die- Transformatoranzapfungen vermieden. ^: , ;

Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit dem erfindungsgemäßen Wechselrichter eine weseatliche Erhöhungdes Gesämtwirkungsgrades durch eine Verminderung der Kommutierungsverluste erreicht wird. Außerdem lassen sich infolge der Wirkungsgradverbesserung Bauelemente niedrigerer Typenleistung verwenden, wodurch eine billigere Ausführung des Wechselrichters ermöglicht wird. - -.- ■'''"■- ::.■-■■

3 Figuren

3 Patentansprüche

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Claims (3)

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   Patentansprüche

   [ 1.) Fremdgesteuerter, sel-bstgeführter Wechselrichter mit gesteuerten Stromrichterventilen, die jeweils über Teilwicklungen eines Transformators und eine gemeinsame Kommutierungsdrossel mit den Klemmen einer Grleichspannungsquelle verbunden sind, wobei jedem gesteuerten Stromrichterventil und der gemeinsamen Kommutierungsdrossel eine Blindstromdiode antiparallel geschaltet ist, die an einer Anzapfung der mit dem gesteuerten Stromrichterventil verbundenen Teilwicklung des Transformators liegt und wobei jedes gesteuerte Stromrichterventil über einen Kommutierungskondensator mit jedem anderen gesteuerten Stromrichterventil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Kommutierungskondensator (8) eine Drossel (9) in Serie geschaltet ist und daß jedem gesteuerten Stromrichterventil (4a, 4b) eine Entkopplungsdiode (12a, 12b) antiparallel geschaltet ist, die ebenfalls an einer Anzapfung (13a, 13b) der Teilwicklung (3a) des Transformators (3) liegt, mit der das gesteuerte Stromrichterventil verbunden ist.
2. 2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindstromdioden (10a, 10b) durch eine Diode (14) ersetzt sind, die in Serie mit einem Widerstand (15) der Kommutierungsdrossel (6) parallel geschaltet ist.
3. 3. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindstromdioden (10a, 1Ob) durch eine Diode (14) ersetzt sind, die in Serie mit einer Wicklung .(16a) eines Übertragers (16) der Kommutierungsdrossel (6) paralel geschaltet ist-und daß die zweite Wicklung (16b) des Übertragers in Serie mit einer weiteren Diode (17) an den Klemmen (1 und 7) der Gleichspannungsquelle liegt, wobei beide Dioden zu den gesteuerten Stromrichterventilen (4a und 4b) antiparallel sind.

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