DE2449933C2 - Selbstgeführter Wechselrichter - Google Patents

Selbstgeführter Wechselrichter

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DE2449933C2 DE19742449933 DE2449933A DE2449933C2 DE 2449933 C2 DE2449933 C2 DE 2449933C2 DE 19742449933 DE19742449933 DE 19742449933 DE 2449933 A DE2449933 A DE 2449933A DE 2449933 C2 DE2449933 C2 DE 2449933C2
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Dietrich Ing.(Grad.) 8520 Erlangen Krampe
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    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
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Description

,35
Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstgeführten Wechselrichter mit in Brückenschaltung an eine variable Gleichspannung angeschlossenen, gesteuerten Hauptventilen, denen jeweils ein Freilaufventil antiparallel geschaltet ist und mit je Phase einem Kommutierungs-Reihenschwingkreis, der über steuerbare Kommutierungsventile abwechselnd mit jedem Potential der variablen Gleichspannung verbindbar ist und dessen Kondensator über mindestens einen Nachladekreis auf eine konstante Gleichspannung aufladbar ist, wobei die einer Brückenhälfte zugeordneten Kommutierungsventile über ein gemeinsames, gleichsinnig gepoltes Ventil an das eine Potential der variablen Gleichspannung angeschlossen sind.
Mit diesem Oberbegriff wird auf eine Anordnung Bezug genommen, wie sie beispielsweise in der US-PS 54 370 näher beschrieben ist.
Bei dieser bekannten Anordnung sind zur Nachladung der Kondensatoren zwei Fremdspannungsquellen vorgesehen, die jeweils aus Batterie, Kondensator, Diode und Widerstand bestehen. Die Dioden dienen dabei zur Entlastung der Batterie, damit nicht der ganze Entladestrom über die 3atterie fließen muß.
Bei statischen Wechselrichtern mit variablen Gleichspannungszwischenkreis und Phasenlöschung der Ventile mit einem Reihenschwingkreis ist die Spannung am Schwingkreiskondensator (Kommutierungskondensator) stark von der variablen Zwischenkreisspannung abhängig, so daß bei relativ niedriger Zwischenkreisspannung die Kommutierungsfähigkeit nicht in jedem Fall gegeben ist.
Bei bekannten Lösungen (vergleiche z. B. DE-OS 20 12 893) wird daher der Kommutierungskondensator nach Beendigung des Kommutierungsvorganges über einen steuerbaren Nachladekreis auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen.
Wird eine mit Phasenlöschung arbeitende Schaltung, d. h. ein Schwingkreis pro Phase, vorgesehen, so muß normalerweise der Nachladekreis mit den Nachladeventilen für jede Phase gesondert vorhanden sein (vgL Z.B.FR-AS2132 191).
Die Nachladung läßt sich vereinfachen, wenn für die Kommutierungskondensatoren eine Fremdspannungsquelle für jede Brückenhälfte vorgesehen wird (vgL z. B. US-PS 33 54 370 oder FR-AS 21 32 191).
Schaltungsanordnungen, die mit nur einem Löschkreis für alle Phasen arbeiten (Summenlöschung), sind zwar auch hinsichtlich der Nachladung einfach zu gestalten (vgl. z.B. AT-PS 3 00 124), haben aber andererseits den Nachteil, daß sie hinsichtlich der möglichen Grenzfrequenzen Schaltungen unterlegen sind, die mit einem Löschkreis je Phase arbeiten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einem Wechselrichter mit Phasenlöschung der eingangs genannten Art auf einfache Weise mit nur einem Nachladekreis dafür zu sorgen, daß sich die Spannungen in den Löschkreisen immer innerhalb vorgegebener Grenzen nach oben und unten halten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der gemeinsame Verbindungspunkt der Kommutierungsventile über ein steuerbares Nachladeventil an die konstante Gleichspannung schaltbar ist und daß die Verbindungspunkte zwischen den jeder Phase zugeordneten Kommutierungsventilen über Begrenzungsventile an die konstante Gleichspannung angeschlossen sind.
Auf diese Weise wird der Nachladekreis von der variablen Gleichspannung abgekoppelt und braucht daher für alle Phasen nur einmal vorhanden zu sein; ferner ergibt sich auch noch der Vorteil, daß die Sperrspannung am steuerbaren Nachladeventil nicht über die konstante Gleichspannung hinausgeht. Durch die Begrenzerventile wird dabei gleichzeitig dafür gesorgt, daß die Schwingkreiskondensatoren nicht überladen werden, was z. B. bei induktiver Last eintreten könnte.
Die Begrenzung kann dabei schaltungsmäßig so getroffen sein, daß jeweils die einer Brückenhälfte zugeordneten Begrenzungsventile über einen gemeinsamen Widerstand an die konstante Gleichspannung angeschlossen sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt
F i g. 1 einen selbstgeführten Wechselrichter, der an eine variable Gleichspannung angeschlossen ist, und
Fig.2 ein Impulsdiagramm der in Fig. 1 gezeigten Ventile, soweit sie für die Erfindung von Bedeutung sind.
Aus einer mit einem Kondensator C4 geglätteten konstanten Gleichspannung Ui von z.B. —500V (— Konstantspannungsquelle mit den Potentialen Ni = -500 V und P=OV-) wird über einen Gleichstromsteller, bestehend aus einem steuerbaren Ventil π 50, einer Drossel L 4 und einem Freilaufventil η51 eine variable Gleichspannung Ul von z. B. 0 bis -450 Volt erzeugt, die durch einen Kondensator C5 geglättet wird. An die variable Gleichspannung Ul mit den Potentialen P=OV und N2 = 0 bis -450 V ist ein selbstgeführter Wechselrichter angeschlossen. Hauptventile η 1 — η 6 des Wechselrichters sind in Form einer Brücke zusammengeschaltet, an der ausgangsseitig an den Phasen UVW die Last, z. B. Svnchron-Reluktanz-
und Asynchronmotoren als Chemiefaserantriebe, angeschlossen wird. Den Hauptventilen jeder Phase, d. h. η 1, η 4 bzw. η 2, η 5 bzw. η 3, η 6 ist jeweils ein Kommutierungsreihenschwingkreis bestehend aus Kondensator C1 und Induktivität L1 bzw. C2, L 2 bzw. C3, L 3 zugeordnet Außerdem ist zu jedem Hauptventil i/1 bis π 6 ein Freilaufventil η 21 bis π 26 antiparallel geschaltet Die einzelnen Schwingkreise sind jeweils über ein Paar von steuerbaren Kommutierungsventilcn η 11, η 14 bzw. η 12, π 15 bzw. π 13, π 16 abwechselnd mit ίο dem Potential P oder dem Potential N2 verbindbar. Hierbei sind die einer Brückenhälfte zugeordneten Kommutierungsventile η 14, η 15 und π 16 — zuständig für die Hauptventile π 4, π 5 und π 6 — zu einem gemeinsamen Verbindungspunkt KP zusammengeführt, is der über ein weiteres, gleichsinnig gepoltes Ventil π 41 mit dem Potential M verbunden ist An den gemeinsamen Verbindungspunkt VP ist außerdem über das steuerbare Nachladeventil η 40 auch das Potential Ν, = -500 V anschaltbar.
Zum Abfangen von Oberspannungen durch stromabhängige Aufladung der Schwingkreiskondensatoren C1 bis CZ — speziell bei induktiver Ausgangsbelastung — ist jedem Kondensator ein Paar von Ventilen λ 31, 34 bzw. η 32,35 bzw. η 33,36 zugeordnet.
Die durch Spannungsüberladung gegenüber dem Potential N\ frei werdende Energie wird über die Ventile π 34, 35, 36 und einen strombegrenzenden niederohmigen Widerstand R 2 der Konstantspannungsquelle Ni — P zugeführt und damit rückgewonnen. Die durch dynamische Spannungsüberladung gegenüber Potential P frei werdende Energie wird über die Ventile η 31,32,33 im Widerstand R 1 und Kondensator C6 abgefangen. Durch entsprechende Auslegung dieser Elemente ist der Rückladeverlauf bestimmbar.
Die nachstehend beschriebene Funktionsweise der Anordnung ist am einfachsten mit Hilfe des Impulsdiagramms nach F i g. 2 zu verfolgen. Hierbei sind jeweils über der Zeitachse f die Zündzeiten der einzelnen, für die Funktionsfähigkeit des Wechselrichters wesentli- «o chen Ventile aufgetragen.
Es sei angenommen, daß zur Erzeugung der Ausgangswechselspannung an den Phasen t/VWgerade das Hauptventil π 4 stromführend sei. Um dieses Hauptventil π 4 zu löschen, wird das zugeordnete Kommutierungsventil η 14 gezündet. Hierdurch schwingt der Kondensator Cl um, wobei sein Umschwingstrom über das Kommutierungsventil η 14, das Ventil π 41 und das Freilaufventil π 24 fließt Hierdurch sperrt das Hauptventil π 4. Die Spannung am Kondensator CX nimmt dabei nach dem Ende der Halbschwingung umgekehrte Polarität an, d. h, es liegt ein Minuspotential an der Anode des Kommutierungsventils π 14.
Im Anschluß daran wird das der gleichen Phase zugeordnete Hauptventil π 1 gezündet, gleichzeitig auch das Kommutierungsventil π 14 und das Nachladeventil η 40. Hierdurch wird der Kondensator Cl auf die konstante Gleichspannung U1 nachgeladen.
Die Stromführungsdauer (Sinushalbschwingung) des Nachladeventils η 40 wird dabei durch die Schwingkreiskonstanten, d.h. durch Ll und Cl bestimmt Während des Nachladevorgangs sperrt das Ventil /?41, so daß der Kondensator C5 im Zwischenkreis nicht aufgeladen werden kann.
Übersteigt die Spannung am Kondensator durch lastbedingte Aufladung die Größe der Spannung Ui, so wird das Ventil η 34 leitend und verhindert durch einen Stromzufluß über den Widerstand R 2 in die Konstantspannungsquelle N—P ein weiteres Ansteigen der Spannung am Kommutierungskondensator Ct.
Bei dem nun folgenden Zünden des Hauptventils η 4, d. h. Löschen des Hauptventils η 1 durch das Kommutierungsventil nil, wird nicht nachgeladen, da die Nachladevorrichtung nur einseitig vorhanden ist. Das Absinken der Kondensatorspannung infolge der Energieverluste beim Umschwingvorgang ist im vorliegenden Anwendungsfall unkritisch und dürfte kaum 10% betragen.
In besonders gelagerten Fällen kann es zweckmäßig sein, nach jedem Kommutierungsvorgang den Schwingkreiskondensator nachzuladen. In einem solchen Falle müßte der Nachladeaufwand entsprechend verdoppelt werden.
Die in bezug auf eine Phase U beschriebenen Vorgänge gelten sinngemäß auch für die übrigen Phasen Vund W, wobei der Einfachheit halber in der gesamten Steuerung die Zündeinrichtungen für die gesteuerten Ventile nicht dargestellt sind, da diese zum Stand der Technik gehören.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Selbstgeführter Wechselrichter mit in Brückenschaltung an eine variable Gleichspannung angeschlossenen, gesteuerten Hauptventilen, denen jeweils ein Freilaufventil antiparallel geschaltet ist und mit je Phase einem Kommutierungs-Reihenschwinglcreis, der über steuerbare Kommutierungsventile abwechselnd mit jedem Potential der variablen |0 Gleichspannung verbindbar ist und dessen Kondensator über mindestens einen Nachladekreis auf eine konstante Gleichspannung aufladbar ist, wobei die einer Brückenhälfte zugeordneten Kommutierungsventile über ein gemeinsames, gleichsinnig gepoltes Ventil an das eine Potential der variablen Gleichspannung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Verbindungspunkt (VP) der Kommutierungsventile (n 14, π 15, η 16) über ein steuerbares Nachladeventil (n 40) an die konstante Gleichspannung (U 1) schaltbar ist und daß die Verbindungspunkte zwischen den jeder Phase (U, V, ^zugeordneten Kommutierungsventilen (n 11, bis η 16) über Begrenzungsventile (31 bis 36) an die konstante Gleichspannung (UX) angeschlossen sind.
2. Selbstgeführter Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die einer Brückenhälfte zugeordneten Begrenzungsventile (/7 34 bis π 36 bzw. π 31 bis η 33) über einen gemeinsamen Widerstand (R 1 bzw. R 1) an die konstante Gleichspannung (Ui) angeschlossen sind.
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