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Schaltungs aio rdnung zur Z waiigskommuti erung eines Wechselrichters
(Zusatz zu Patent ......... Patentanmeldung P 20 12 893.2-32) Die Erfindung bezieht
sich auf eine Schaltungsanordnung zur Zwangskommutierung eines aus einer variablen
Gleichspannungsquelle gespeisten Wechselrichters mit einem einzigen, von zwei voneinander
unabhängigen Rilfsspannungsquellen mit konstanter Spannung jeweils über einen liadethyristor
aufgeladenen und elektrisch in Reihe mit den Löschthyristoren für den Wechselrichter
geschalteten Kommutierungskondensator, bei welcher Schaltungsanordnung die Spannungen
der llilfssparnrnngsquellen halb so groß sind wie die maximal auftretende Spannung
der variablen Gleichspannungsquelle und in Reihe mit den Hilfsspannungsquellen je
eine mit einer Ladediode in Serie liegende Drossel geschaltet ist, wobei jede Drossel
eine zusätzliche Wicklung aufweist, die parallel zur jeweiligen Hilfsspannungsquelle
geschaltet ist, und jeder Ladethyristor über eine in seine positive Richtung gepolte
weitere Diode mit der variablen
Spannungsquelle verbunden ist, nach
Patent ...............
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(Patentanmeldung P 20 -12 893.,-32).
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Die in der Schaltung gemäß dem Hauptpatent ............
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(Patentanmeldung P 20 12 893.2»32) verwendeten Thyristoren und Dioden
werden mit bestimmten Spannungen und Strömen belastet. Diesen Werten entsprechend
werden bestimmte hyristoren verwendet, deren Grenzdaten nicht überschritten werden
dürfen. Hierbei muß neben den Werten, die die maximale Spannung und den maximalen
Strom betreffen, auch Wert gelegt werden auf 1. die maximale 2-tromanstiegsgeschwindigkeit
(di/dt) beim Ein- und Aushalten (Ein- und Ausschaltverluste), 2. die maximale Spannungsanstiegsgeschwindigkeit
(du/dt), die beim Ein- und Ausschalten anderer Thyristoren an -einem gesperrten
Thyristor entsteht, 3. die Freiwerdezeit (tq), während der mindestens negative Sperrspannung
an einem Thyristor anliegen muß, nachdem er leitend war, bevor wieder positive Sperrspannung
übernommen werden kann.
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Dcr Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Schaltungs-.
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anordnung zur Swangsl.oemutierung eines Wechselrichters gemäß dem
Hauptpatent .......... sicher zu stellen, daß mittels geeigneter Beschaltungselemente
die Grenzdaten der verwendeten Thyristoren hinsichtlich der maximalen Strom- und
Spannungsanstiegs goschwindigkeIt sowie der Freiwerdezeit mit SSherheit bei geringstmöglichem
Aufwand eingehalten werden.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung für eine Schaltungsanordnung
der -eingangs angegebenen Art, dadurch gelöst, daß elektrisch in Reihe mit dem Kommutierungskondensator
eine sättigbare Drossel geschaltet ist, daß ferner elektrisch in Reihe mit jeder
der weiteren, in der Verbindung zwischen jedem Ladethyristor und der Gleichspannungsquelle
angeordneten Dioden eine Drossel mit flacher Hysteresisschleife und elektrisch parallel
zu jedem Ladethyristor eine Reihenschaltung a-us Kodensator und Widerstand geschaltet
sind und daß weiterhin parallel zu jeder der beiden iadedioden ein im Verhältnis
zu dem jeweils parallel zum Ladethyristor liegenden Kondensator mit größerer Kapazität
ausgestatteter Kondensator, parallel zu jedem töschthyristor für den Wechselrichter
jeweils ein weiterer Kondensator und jeweils parallel zu der Reihenschaltung aus
Ladet-hyristor, weiterer Diode und Drossel mit flacher Hysteresisschleife eine Reihenschaltung
aus einem
Entladewiderstand und einer Entladediode vorgesehen ist.
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Damit ist es mittels des nur geringen Beschaltungs&ufwands möglich,
die Betriebssicherheit der eingangs angegebenen Schaltungsanordnung zu gewährleisten.
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Nach Ablauf des gesamten Koinmutierungsvorganges tritt ein Rückstrom
über die Ladethyristoren auf, der bei großen Thyristoren derartige Werte annehmen
kann, daß dadurch die sättigbare Drossel unerwünscht rückmagnetisiert wird. In Weiterbildung
der Erfindung wird deshalb zur Vermeidung dieser Rückmagnetisierung vorgeschlagen,
elektrisch in Serie mit jedem Löschthyristor eine vormagnetisierte, sättigbare zusätzliche
Drossel zu schalten.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist bei jeder der Parallelschaltungen
von Kondensator und Widerstand zum Ladethyristor dem Widerstand eine aus eine gegenüber
dem Widerstand niederohmigen weiteren Widerstand und einer weiteren Diode bestehende
Reihenschaltung parallel geschaltet, um auch hier die Einschaltverluste gering zu
halten.
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Die Erfindung soll im folgenden für ein Ausführungsbeispiel anhand
der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen: Figur 1 eine Schaltskizze zu der
Schaltung nach der Erfindung und die Figur 2 bis Figur 4 die zeitlichen Verläufe
von Strom und Spannung an einzelnen Schaltungselementen der Schaltung nach Figur
1.
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Der Aufbau und die Bedeutung der erfindungsgemäßen Schaltung werden
durch die Beschreibung ihrer Funktionsweise anhand der Figur 1 verdeutlicht: Fließt
ein Strom über den sogenannten Haupt-Thyristor n 9 der nur für die Phase R angedeuteten
Wechselrichterschaltung gemäß dem Hauptpatent ............
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(Patentanmeldung P 20 12 893.2-32) und soll dieser Strom unterbrochen
werden, so werden zur Löschung dieses Thyristors n 9 die Thyristoren n 1 (Ladethyristor)
und n 7 (Löschthyristor) gezündet. Dadurch erfolgt eine Kommutiervmg des Laststromes
von dem Kreis P - n 9 - R auf den Kreis P - n 3 - n 1 - K 1 -n 7 - R, wodurch derThyristor
n 9 gelöscht wird. Dabei bedeuten P der positive Pol einer variablen Gleichspannungsquelle,
n3 eine weitere Diode, K 1 einKommutierungskondensator.
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Die Zeit, während der der maximal zulässige Strom von dem einen auf
den anderen Kreis kommutiert, darf einen minimalen Wert nicht unterschreiten, da
für die verwendeten Thyristoren n 1 und n 7 nur eine begrenzte Stromanstiegsgeschwindigkeit
(di/dt) zulässig ist. Da die Stromanstiegsg,eschifindigkeit in der verwendeten Schaltung
nur von der Spannung und den Leistungsinduktivitäten, die in der Regel zu klein
sind, abhängig ist, ist gemäß einem Merkmal der Erfindung in Reihe zum Komautierungskondensator
K 1 eine sättigbare Stufendroäsel Bi 1 gelegt. Diese Drossel Bi 1 gewährleistet,
daß nach der Zündung der Thyristoren n1 und n 7 nur der Magnetisierungsstrom (ib
) fließt, bis die Drossel gesttigt ist. Dieses zeitliche Verhalten der Ströme ist
in Figur 2 dargestellt. Während der genannten Zeit muß die leitende Fläche der Thyristoren
n 1 und n 7 genügend groß geworden sein, so daß bei dem anschließenden steilen Stromanstieg
die Einschaltverluste im zulässigen Bereich liegen.
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Die nächste Kommutierung erfolgt mit den Thyristoren n 2 und n 8,
so daß wiederum die volle Induktion der Stufendrossel Bi 1 ausgenutzt werden kann.
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Nach Ablauf des gesamten Kommutierungsvorgangs trit-t ein Rückstrom
über die Thyristoren n 1 und n 7 auf, der insbesondere bei Verwendung von großen
Thyristoren Werte annehmen kann,
daß die Stufendrossel Bi 1 rückmagnetisiert
werden würde.
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Hier erweist es sich in Weiterbildung der Erfindung als vorteilhaft,
in Reihe zu den drei Löschthyristoren der oberen Gruppe (gezeichnet nur Löschthyristor
n 7) des Wechselrichters und in Reihe zu den drei Löschthyristoren der unteren Gruppe
(gezeichnet nur Löschthyristor n 8) jeweils eine(mit dem Strom iv) vormagnetisierte
sättigbare zusätzliche Drossel (B i 2, B i 3) zu legen.
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Wird der Ladethyristor n 1 gezündet, so liegt an ihm vorher die Spannung
Ux1+ UNA, wobei mit UNA die Spannung der Hilfsspannungsquelle gemäß dem Hauptpatent
.......... bezeichnet ist. In dem Maße wie dieser Thyristor n 1 nun leitend wird,
baut sich die Spannung an dem Thyristor n 2 auf. Da Thyristoren verhältnismäßig
schnell durchschalten, muß der positive Spannungsanstieg an dem Thyristor n 2 begrenzt
werden. Dieses wird erfindungsgemäß mit Hilfe der durch eine flache Hysteresisschleife
gekennzeichneten Drosseln Bi 4, Bi 5 dem Kondensator BE 2, dem Widerstand Br 4 sowie
dem weiteren Widerstand Br 2 und der weiteren Diode Bn 2 realisiert. Entsprechend
den in der Figur 3 dargestellten Spannungsverläufen nehmen beim Durchschalten des
Thyristors n 1 (Absinken der Spanirnng Un 1) die Drosseln Bi 4 und Bi die Spannung
auf, falls die Widerstände Br2 und Br 4. genügend
wiederohmig sind.
Dann erfolgt eine Aufladung des Kondensators BK 2, so daß die Spannung Un 2 am Thyristor
n 2 entsprechend langsam ansteigt. Eine Entladung von Bk 2 erfolgt nur über Br 4,
der hochohmiger als Br 2 ist, um wiederum die Einschaltverlustefür Thyristor n 2
zu verringern.
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In gleicher Weise wie der Thyristor n 2 ist auch der Thyristor n 1
durch die Parallelschaltung des Kondensators Bk 1 in Serie mit der Parallelschaltung
des Widerstandes Br 3 mit dem demgegenüber niederohmigeu weiteren Widerstand Br
1 und der weiteren Diode Bn 1 gegen einen zu starken zeitlichen Anstieg der an ihn
beim Durchschalten des Thyristors n 2 gelegten Spannung geschützt.
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Nach erfolgter Kommutierung einschließlich des Umschwingvorgangs muß
an die Thyristoren n 1 und n 7 mindestens während der Freiwerdezeit tq negative
Spannung gelegt werden. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kommutierungskondensator K 1
mit der in Klammern gezeichneten Polarität beaufschlagt, so daß die Spannung Ukl
- UNA = - UNA als negative Sperrspannung an der Reihenschaltung des Ladethyristors
n 1 und der Ladediode n 5
liegt. Es ist nun gemäß der Erfindung
unter Berücksichtigung der entsprechend gespeicherten Ladungsträgermengen eine Dimensionierung
der Kondensatoren Bk 1 und Bk 3 (Bk 1 < Bk 3) vorzunehmen, die bewirkt, daß die
Spannung - UNA im wesentlichen an dem Ladethyristor n 1 anliegt. Gleichzeitig wird
über den Entladewi-derstant Br 5 und die Entladediode Bn 3 wieder eine Entladung
des Kondensators Bk 1 und damit eine Aufladung des weiteren Kondensators Bk 5 vorgenommen,
so daß an dem ihm parallelliegenden Löschthyristor n 7 ebenfalls negative Spannung
angelegt wird. Dieser Vorgang ist in Figur 4 für die Spannungen Un1 am Ladthyristor
n 1 und Un7 am Löschthyristor dargestellt.
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In analoger Weise wird erfindungsgemäß für die beiden Thyristoren
n 2 und n 8 durch die Dimensionierung der Kondensatoren Bk 2 und Bk 4, wobei Bk
2 <Bk 4 ist, erreicht, daß mindestens während der Freiwerdezeit tq negative Sperrspannung,
d. h. die Spannung - UNA, im wesentlichen an dem Ladethyristor n 2 liegt. GleichzeiAg
erfolgt hierbei die Entladung des Kondensators Bk 2 über den Entladewi.,derstand
Br,o sowie die Entladediode Bn 4,'so daß eine Aufladung des weiteren, dem Lbschthyristor
n 8 parallel geschalteten weiteren Kondensators Bk 6 erfolgt, womit an dem Löschthyristor
n 8
negative Sperrspannung für seine Freiwerdezeit tq liegt.
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10 Seiten Beschreibung 3 Patentansprüche 2 Blatt Zeichnung mit 4 Figuren