DE2419195A1 - Schaltungsanordnung zur zwangskommutierung eines wechselrichters - Google Patents

Schaltungsanordnung zur zwangskommutierung eines wechselrichters

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DE2419195A1
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Klaus Wegener
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/5152Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with separate extinguishing means
    • H02M7/5155Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with separate extinguishing means wherein each commutation element has its own extinguishing means

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Description

  • 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 ...............
  • (Patentanmeldung P 20 -12 893.,-32).
  • Die in der Schaltung gemäß dem Hauptpatent ............
  • (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.
  • Dcr Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Schaltungs-.
  • 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.
  • 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.
  • Damit ist es mittels des nur geringen Beschaltungs&ufwands möglich, die Betriebssicherheit der eingangs angegebenen Schaltungsanordnung zu gewährleisten.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 ............
  • (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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 10 Seiten Beschreibung 3 Patentansprüche 2 Blatt Zeichnung mit 4 Figuren

Claims (3)

  1. P P a t e n t a n 5 p r ü c h e 0 Schaltungsanordnung zur Zwangskommutierung eines aus einer variablen Gleichspannungsquelle gespeisten. Wechselrichters mit einem einzigen, von zwei voneinander unabhängigen Hilfsspannungsquellen mit konstanter Spannung jeweils über einen Ladethyristor aufgeladenen und elektrisch in Reihe mit den Löschthyristoren für den Wechselrichter geschalteten Kommutierungskondensator, bei welcher Schaltungsanordnung die Spannungen der Hilfsspannungsquellcn 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 ......
    ..... (Patentanmeldung P 20 12 893.2-32), dadurchgekennzeichnet, daß elektrisch in Reihe mit dem Kommutierungskondensator (1) ein sättigbare Drossel (Bil) geschaltet ist, daß ferner elektrisch in Reihe mit jeder der weiteren, in der Verbindung zwischen jedem Ladethyristor (nl, n2) und der Gleichspannungsquelle (MP) angeordneten Dioden (n3, n4) eine Drossel (Bi4, Bi5) mit flacher Hysteresisschleife une elektrisch parallel zu jedem Ladethyristor (n1, n2) eine Reihenschaltung aus Kondensator(Bkl, Bk2) und Widerstand (Br3, Br4-) geschaltet sind und daß weiterhin parallel zu jeder der beiden Ladedioden (n5, nS) ein im Verhältnis zu dem jeweils parallel zum Ladethyristor (nl, n2) liegenden Kondensator (Bk1, Bk2) mit größerer Kapazität ausgestatteter Kondensator(Bk3, Bk4), parallel zu jedem Löschthyristor (n7, n8)*für den Wechselrichter jeweils ein weiterer Kondensator (Bk5, Bk6) und jeweils parallel zu der Reihenschaltung aus Ladethyristor (n1, n2), weiterer Diode (n3, n4) und Drossel (Bi4, Bi5) mit flacher Hysteresisschleife eine Reihenschaltung aus einem Entladewiderstand (Br5, Br6) und einer Entladediode (Bn3, Bn4) vorgesehen ist.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch in Serie mit jedem.Löschthyristor (n7, n8) eine vormagnetisierte, sättigbare zusätzliche Drossel (Bi2, Bi3) geschaltet ist.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder der Parallelschaltungen von Kondensator (Bk1, Bk2) und Widerstand (Br3, Br4) zum Ladethyristor (n1, n2) dem Widerstand (Br3, Br4) eine aus einem gegenüber dem Widerstand (Br3, Br4) niederohmigen weiteren Widerstand (Br1, Br2) und einer weiteren Diode (Bn1, Bn2) bestehende Reihenschaltung parallel geschaltet ist.
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DE2419195B2 DE2419195B2 (de) 1978-08-17
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10303410A1 (de) * 2003-01-29 2004-08-05 Volkswagen Ag Kombination einer Scheibenwascheinrichtung mit einem Fahrzeugteil

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DE10303410A1 (de) * 2003-01-29 2004-08-05 Volkswagen Ag Kombination einer Scheibenwascheinrichtung mit einem Fahrzeugteil

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