DE2446335C3

DE2446335C3 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum phasenrichtigen Start eines statischen Wechselrichters mit Zwangskommutierung

Info

Publication number: DE2446335C3
Application number: DE19742446335
Authority: DE
Inventors: Janos. Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Udvardi-Lakos
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1974-09-27
Publication date: 1977-06-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum phasenrichtigen Start eines statischen Wechselrichters mit Zwangskommutierung, der einen Leistungsteil mit gesteuerten Hauptventilen und diesen zugeordneten Kommutierungskreisen und einen mit einer Netzspannung synchronisierten Steuersatz zur Bildung von Zündimpulsen aufweist.

Bei bekannten statischen Wechselrichtern mit Zwangskommutierung nimmt der Startvorgang eine gewisse Zeit in Anspruch, da die Kommutierungseinrichtungen zunächst entladen sind und damit noch nicht die vollen Ventilströme löschen können. Üblicherweise wird daher die Wechselrichter-Ausgangsspannung durch eine entsprechende Veränderung des Zündwinkels der Zündimpulse von einem kleinen Ausgangswert ausgehend, allmählich bis zum Nennwert der Wechselrichter-Ausgangsspannung hochgefahren. Dieser Vorgang erstreckt sich über mehrere Perioden der Wechselspannung und damit über mehrere Kommutierungsvorgänge. Dieser langsame Anfahrvorgang ist insbesondere bei Wechselrichtern nachteilig, bei denen eine schnelle Lastübernahme gefordert wird, beispielsweise wenn der Wechselrichter als zusätzliches Leistungsaggregat Bedarfsspitzen eines Versorgungsnetzes decken soll, oder wenn der Wechselrichter in einer unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage eingesetzt ist, bei der ein Verbraucher im Normalbetrieb unmittelbar aus einem öffentlichen Netz und im Notbetrieb aus einer Ersatzstromquelle über den Wechselrichter gespeist wird.

Aus der CH-PS 3 38 230 ist eine Stromversorgungsanlage für Wechselstrom bekannt, die einen Generator für Netzbetrieb und einen Wechselrichter für Notstrombetrieb umfaßt Die Laststromumschaltung von Netzbetrieb bei Netzausfall und das Einschalten des Wechselrichteranlaßorgans läuft durch Abfall eines Generatorspannungswächters aa Die Pause zwischen Netzausfall und Wechselrichterspeisung wird durch einen auf die Nennfrequenz abgestimmten Parallelresonanzkreis überbrückt. Als Wechselrichter ist insbesondere ein rotierender Umformer oder ein Zerhacker vorgesehen, dessen Anlaufzeit durch Vorerregung verkürzt ist. Als Wechselrichter kann auch ein statischer Wechselrichter mit elektrischen Ventilen verwendet werden, wobei der Zündmechanismus der Ventile als Anlaßorgan dient. Hinweise auf einen phasenrichtigen Start des Wechselrichters können der CH-PS 3 38 230 jedoch nicht entnommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabt zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung für einen statischen Wechselrichter zu schaffen, womit der Wechselrichter phasenrichtig gestartet und in äußerst kurzer Zeit auf seine volle Nennleistung gebracht werden kann.

Erfindungsgemäß wird hierzu ein Startverfahren für einen Wechselrichter der eingangs genannten Art mit folgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen:

a) Im Bereitschaftsbetrieb werden die Energiespeicher in den Kommutierungskreisen des Leistungsteils des Wechselrichters mit einer vorgegebenen Polarität vorgeladen; die Weitergabe der Zündimpulse des auch im Bereitschaftsbetrieb ständig mitlaufenden Steuersatzes an die gesteuerten Ventile des Leistungsteils wird gesperrt,

b) bei einem Startbefehl wird die Freigabe der Zündimpulse bis zum Beginn der nächstfolgenden Halbwelle der Wechselrichter-Ausgangsspannung mit der durch die Vorladung der Energiespeicher in den Kommutierungskreisen des Leistungsteils vorgegebenen Polarität verzögert.

Erfindungsgemäß ist im Bereitschaftsbetrieb der Leistungsteil des Wechselrichters nicht in Betrieb; es läuft jedoch bereits der Steuersatz und die Energiespeicher in den Kommutierungskreisen des Leistungsteils sind mit einer vorgegebenen Polarität vorgeladen. Die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes an die gesteuerten Ventile im Leistungsteil ist im Bereitschaftsbetrieb gesperrt. Durch den ständigen Betrieb des Steuersatzes und durch die Vorladung der Energiespeicher in den Kommutierungskreisen entstehen nur geringe Betriebskosten. Verluste und Geräusche im Leistungsteil des Wechselrichters, insbesondere durch Transformatoren und Drosseln, fallen im Bereitschaftsbetrieb nicht an.

Die Polarität der Ausgangsspannung eines Wechselrichters ist seinen Hauptventilen fest zugeordnet, die wiederum nur dann gelöscht werden können, wenn ihre Kommutierungskreise mit einer ebenfalls fest vorgegebenen, von der speziellen Wechselrichterschaltung abhängigen Polarität aufgeladen sind. Wenn daher die Energiespeicher in den Kommutierungskreisen mit einer vorgegebenen Polarität vorgeladen sind, so kann

Wechselrichter nur mit einer bestimmten Polarität • ex Ausgangsspannung gestartet werden. Beim ^«Hiineseemäßen Startverfahren wird daher bis zum Sn der nächstfolgenden Halbwelle der Wechselrinhter-Ausgangsspannung mit der richtigen Phasenlage jkeewartet Die maximal mögliche Verzögerung beim start beträgt somit eine Periode der Wechselrichter-Auseangsspannung. Danach kann der Wechselrichter hweitsden vollen Uststrom führen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und ein Ausführtinesbeispiel einer zur Durchführung des Verfahrens eigneten Schaltungsanordnung werden anhand *»·■ ί' . , „„ nähpr hpschrieben. Es zeigt

Schaltgg der

fvLineen näher beschrieben. Es zeigt ε-Γ leine prinzipielle Darstellung einer erfindungs-V Schaltungsanordnung zum Schnellstart eines 15 der in einer unterbrechungsfreien

Richt,

VS*n«^anlage eingesetzt ist,

^S7iT2eL schematische Darstellung einer Freigabe-Anfahren nur in einer bestimmten Reihenfolge der Zündung der gesteuerten Ventile Tl und Ύ2 erfolgen.

Es sei zur Erläuterung angenommen, daß die Vorladung der Energiespeicher im Kommutierungskreis des Leistungsteils derart vorgenommen ist, daß der Wechselrichter nur mit einem Zündimpuls auf das gesteuerte Ventil T\ gestartet werden darf.

Erfindungsgemäß sind im Bereitschaftsbetrieb die Energiespeicher C und L im Kommutierungskreis des Leistungsteils vorgeladen und die Zündimpulse des ständig mitlaufenden Steuersatzes 8 gegenüber dem Leistungsteil gesperrt. Die Vorrichtungen zur Vorladung der Energiespeicher sind jedem Fachmann geläufig und daher in der Zeichnung nicht näher dargestellt. Zur Vorladung eines Kondensators kann dieser über einen Schalter an eine Gleichspannung angeschlossen werden, die entweder von der Ersatzstromquelle 7 oder einer eigenen Batterie abgegriffen wird. Bei einem Startbefehl wird der Schalter geöffnet und damit die Vorladung des Kondensators beendet.

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Bandfilter ausgebildetes Filter 2 und einen Zur Vorladung einer Induktivität kann diese mn zwei V Schalter 3 an ein öffentliches Netz 4 i Ekern ausge

Bei einer für den Verbraucher un/ulässi-

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ÄweSung oder einem Ausfall der Netzspannung H von einer nicht näher dargestellten Überwa-Tlleinrichtung auf Notbetrieb umgeschaltet. Hierzu S Whlichter 5 gestartet der Schalter 3 wird Zur Vorladung

Wicklungen auf einem gemeinsamen E.senkern ausge bildet sein, wobei eine Wicklung über einen Schalter an eine Gleichspannung angeschlossen ,st. Be, unem Startbefehl wird der Schalter geöf net.

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Se η Wechselrichter 5 gestartet, der Schalter 3 wird Freigabe der Zündimpulse bis zum Begin de

^W ffnet und der Schalter 6 wird geschlossen. Die nächstfolgenden Halbwelle mit der durch d.e Vorladung

ν?SSuSdes Verbrauchers 1 erfolg't jetzt au, e.ner der Energiespecher vorgegebene Polantat der Aus-

ein

40

45

Versorgung des Verbrauchers übernehmen Be, Verbrauchern, die gegen Verzerrungen und kurzze.tige Unterbrechungen ihrer V«_=S»p.n_nung unempfindhch sind, kann das Filter entfallen

Der Schalter 6 könnte prinzipiell entfallen, da be, nichtgezündeten Ventilen des Wechselrichters ein Stromfluß auf de," Venflseue se,nes, Ausgangs^fo mators zustande kommen kann. Der Schalter b erweist sich jedoch für Wartungsarbeiten als zweckmäßig.

Um einen möglichst raschen Start des Lcstungste, s des Wechselrichters zu gewährleisten, ist sein1 Steuersatz 8 auch im Normalbetrieb, bei dem der Verbraucher 1 aus dem Netz 4 gespeist ist, bereits in Betneb (Bereitschaftsbetrieb). Die Impulsausgange des Steuer-Uzes 8 sind über eine Freigabestufe 9 gefuh. t, die die Zündimpulse für die gesteuerten Vent, e des Leistung

teils sperrt. Erst bei einem Startbefehl am Eingang 10 £ Sabestufe 9 werden die Zündimpulse zu den gesteuerten Ventilen des Leistungsteils durchgeschaltet. ^g Der Leistungsteil 5 des Wechselrichters enthalt in einer Mittelpunkts-Brückenschaltung die gesteuerten SFSOSHSS

einer Phase deW« _Ausgf_ngssignal des

(Vent. Γ2) ^an8^e^^ue _d ,_ef_{chen Weise}, _wie

^^J^^f ^angsspa^nung des Wechsel-

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rich eπ annern _esteuerten Ventile T\ und T2

Steuersatzes 8 ar d.^^sleue ^ _{n sttzl einen} ^geben w.re,^ ^^ _iQder

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j _{ldei Flip}._Flo_Ps 12 von SJJ _bedeutet, _{daB das}

^J ^ f |Γ gezündet werden kann. Das gesteuerte ventil 1 e _bejden

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möglich

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vorgesehen. Den Kommutierungskreis jtoj Kornmutierungskondensator C und eine Kommut.erungsinduktivität L (M.Meyer »Thyristoren m der technischen Anwendung«, Siemens Akt.engesellschaft, ,967. Seite 124). Die Polarität der Kondensatorspannung und der Magnetisierungszustand der Induktivität bestimmen die Polarität der Ausgangsspannung des Wechselrichters. Bei einer bestimmten Polantat der ih des Kommutierungskre.ses kann das f _{b auf}

_OUTdl einen Rückstellbefehl an _{rücR werden}. Dies

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^ Ausgangsspannung des Wechselrichters de^Ausg g 1 ^ _{RUer 2 und}

^g^anS J ^_{ei S}p_annUngsausfällen der ^^^ _BeispiLn sei angenommen, Netzspann g Kommutierungskre.sen

daß *e Ene g.espe _{n sind dafl dieser nur}

de ^W^^sel^J_{ven Po},_ai4_{t der} Ausgangsspannung mit e.ner pos.u

gestartet werden kann.

In der Darstellung der F i g. 3 bricht zum Zeitpunkt f 1 die Netzspannung Un in ihrer negativen Halbwelle zusammen. Die Freigabe der Zündimpulse wird bis zum Zeitpunkt ti verzögert, in dem die nächstfolgende positive Halbwelle der Wechselrichter-Ausgangsspannung Uw beginnt. Im Zeitpunkt 12 wird der Leistungsteil des Wechselrichters gestartet.

In der Darstellung der Fig. 4 bricht zum Zeitpunkt r 3 die Netzspannung Un in ihrer positiven Halbwelle zusammen. Die Freigabe der Zündimpulse wird bis zum

Zeitpunkt /4 verzögert, in dem die nächstfolgende positive Halbwelle der Wechselrichter-Ausgangsspannung beginnt. Im Zeitpunkt f4 wird der Leistungsteil des Wechselrichters gestartet.

Die Erfindung wurde bisher nur für einen einphasig arbeitenden Wechselrichter beschrieben. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, durch eine sinngemäße mehrfache Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer geeigneten Schaltungsanordnung das erfindungsgemäße Startverfahren auch für einen dreiphasigen Wechselrichter anzuwenden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum phasenrichtigen Start eines statischen Wechselrichters mit Zwangskommutierung, der einen Leistungsteil mit gesteuerten Hauptventilen und diesen zugeordneten Kommutierungskreisen und einen mit einer Netzspannung synchronisierten Steuersatz zur Billdung von Zündimpulsen aufweist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Im Bereitschaftsbetrieb werden die Energiespeicher in den Kommutieniingskfeisen des Leistungsteils des Wechselrichters mit einer vorgegebenen Polarität vorgeladen; die Weitergabe der Zündimpulsc des such im Bereitschaftsbetrieb ständig mitlaufenden Steuersatzes an die gesteuerten Ventile des Leistungsteils wird gesperrt,

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Freigabestufe (9) mit einem Flip-Flop (12), das an seinem Setzeingang mit den Zündimpulsen für die eine Polarität einer Phase d*:r Wechselrichter-Ausgangsspannung und an seinem Rücksetzeingang mit den Zündimpulsen für die inverse Polarität der betreffenden Phase der Wechselrichter-Ausgangsspannung angesteuert ist, sowie mit einem logischen Verknüpfungsglied (13), des einen Speicher (14) bei einem Startbefehl und bei einer dynamischen Flanke des Ausgangssignals des Flip-Flops (12) setzt, sowie mit einem vom Ausgangssignal des Speichers (14) gesteuerten Sperrgatter (15,16) für die Zündimpulse.