DE2530465A1

DE2530465A1 - Schaltungsanordnung fuer einen wechselrichter

Info

Publication number: DE2530465A1
Application number: DE19752530465
Authority: DE
Inventors: Janos Dipl Ing Udvardi-Lakos
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-07-08
Filing date: 1975-07-08
Publication date: 1977-01-13
Also published as: DE2530465C3; DE2530465B2

Description

Schaltungsanordnung für einen Wechselrichter Die erfindung bezicht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten Leistungs-Wechselrichter, der ausgangsseitig über einen Transforma-tor mit einem Verbraucher verbunden ist. Die Erfindung bezieht sich weiterhin au* ein Betriebsverfahren und auf eine Anwendung einer derartigen Schaltungsanordnung.
Bei bekannten Wechselrichtern nimmt der Startvorgang eine gewisse Zeit in Anspruch, weil die Regeleinrichtung des Steuersatzes erst in Lingriff gebracht werden muß. Die Zeitkonstante der Regelein rich-tung ist in Hinblick auf eine gute Regeldynamik im Leistungsbetrieb relativ groß gewählt. Insgesaint ergibt sich eine Zeitdauer von größenordnungsmäßig 1 Sekunde, bis ein Wechselrichter aus dem Stillstand auf volle Leistungsabgabe gesteuert werden kann. Dies is-t insbesondere dann nachteilig, wenn der Wechselrichter in einer unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage eingesetzt ist, bei der im Normalbetrieb ein Verbraucher unmit-telbar aus einem öffentlichen Netz und im Notbetrieb über den Wechselrichter aus einer Ersatzstromquelle gespeist wird Lin schnellçrer Start eines Wechselrichters ist möglich, wenn dieser ständig im Leerlaufbe-trieb gehalten wird. Im Leerlaufbetrieb werden die Zündimpulse des Steuersatzes auf die gesteuerten Halbleiterventile des Leistungsteils durchgeschaltet, dessen Kommutierungseinrichtungen obenfalls in Betrieb sind. Der Wechselrlchter liefert eine Leerlauf-Ausgangsspannung. im Leerlaufbetrieb entstehen jedoch relativ große Verluste in den Bauelementen des Wechselrichters, die ständig aus der Ersatzstromquelle gedeckt werden müssen. Die Verluste im Leerlaufbetrieb betragen größenordnungsmäßig 5,) der Nennleistung des Wechselrichters.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltunrsanord nung für einen Wechselrichter zu schaffen, die einen sehr schnellen Start des Wechselrichters unter Vollast ermöglicht, wobei im Bereitschaftsbetrieb nur kleine Verluste auftreten sollen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch folgende Merkmale gelöst: a) Zusätzlich zum Leistunos-liechselrichter ist ein Hilis-Wechselrichter kleinerer Leistung vorgesehen, dessen Gleichspannungseigänge an die gleiche Gleichspannungsquelle angeschlossen sind vnd dessen Wechselspannungsausgänge parallel zu den Wechselspannungsausgängen des Leistungs-Wechselrichters an dessen Transformator angeschlossen sind, b) für beide Wechselrichter ist eine gemeinsame, ständig laufende Steuereinrichtung mit eine Steuersatz und einer Regeleinrichtung vorgesehen, deren Zündimpulse über eine von einer Kommandostufe gesteuerte Freigabeeinheit auf die gesteuerten Ventile des Leistungs-Wechs elrichters und auf die gesteuerten Ventile des hilfs-Wechselrichters geführt sind.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht ein Betriebsverfahren, bei dem in der Bereitschaftsstellung die Zündimpulse der Steuereinrichtung auf die gesteuerten Ventile des Hilfs-Wechselrichters durchge schaltet sind, während die Weitergabe der Zündimpulse an die gesteuerten Ventile des Leistungs-Wechselrichters von der rreigabeeinheit gesperrt ist. Bei einem Startbefehl gibt die Kommandostufe durch Beeinflussung der Freigabeeinheiten die Weitergabe der Zündimpulse an die gesteuerten Ventile des Leistungs-Wechselrichters frei. Der Hilfs-Wechselrichter kann im Leistungsbetrieb entweder stillgesetzt oder weiterbetrieben werden.
Für gewisse Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, den Hilfs-Wechselrichter leistungsmäßig für einen Notbetrieb des angeschlossenen Verbrauchers zu bemessen. Dadurch können schwere Schäden bei bestimmten Verbrauchern verhindert werden, die bei einem völligen Ausfall ihrer Stromversorgung eintreten können. Dies kann beispielsweise bei einer Datenverarbeitungsanlage der Fall sein, bei der die abgespeicherten Informationen bei einem völligen Ausfall der Stromversorgung verloren gehen können. Hier kann man den Hilfs-Wechselrichter leistungsmäßig so dimensionieren, daß er den erforderlichen Haltestrom für die Informationsspeicher aufbringt.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungs&rnlordnung ist in der Bereitschaftsstellung der für die Nennleistung des Verbrauchers ausgelegte Leistungs-ljrechselrichter nicht in Betrieb. In seinen Bauelementen entstehen daher leine Verluste. In der Bereitschaftsstellung ist dagegen der Hilfs-Wechselrichter in Betrieb und erzeugt am Transformator eine Ausgangsspannung, die der Regeleinrichtung in der Steuereinrichtung zugefbhrt wird.
Die Regeleinrichtung, die als Spannungsregelung oder als Lastregelung ausgebildet sein kann, arbeitet also in der Bereitschaftsstell'mg in der üblichen Weise und ist im eingriff. Der dem Leistungs-Wechselrichter parallel geschaltete Hilfs-Wechselrichter kann in der gleichen Art aufgebaut sein wie der Leistungs-Wechselrihter, jedoch kleinere Ventile, Drosseln und Kondensatoren, sowie dünnere Leitungen enthalten. Die Verlus-te und Geräusche in den Bauelementen des kleineren IIilSs-Wechselrichters sind entsprechend geringer.
Wesentlich ist, daß der kleinere Hilfs-Wechselrichter mit dem gleichen Steuerungsverfahren oder Pulsverfahren betrieben wird wie der Leistungswechselrichter. Damit ist gewährleistet, daß in der Bereitschaftstellung die Ausgangsspannung des Transformators den gleichen Verlauf und die gleichen Werte aufweist wie im Leistungsbetrieb, so daß der Regelkreis ständig geschlossen ist.
Da in der Bereitschaftsstellung nur der kleinere Hilfs-Wechselrichter läuft, entstehen wesentlich kleinere Verluste und Geräusche in seinen Bauelementen. Außerdem ist eine laufende Kontrolle von wesentlichen Teilen des Leistungs-Wechselrichters möglich, beispielsweise eine Überwachung der Gleichspannungsquelle und ihrer Zuleitungen, sowie eine Überwachung des Steuersatzes und der Regeleinrichtung. Bei einem Start des Leistungs-Wechs elri chters sind keinerlei Umschaltungen in der Regeleinrichtung erforderlich. Der Transformator ist ständig magnetisiert und braucht nicht auf einen Sinschaltstoß ausgelegt werden.
ijin Ausführungsbeispiel der erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Um das Verständnis der rrfindung zu erleichtern, ist ein einphasiger Wechselrichter dragestellt. Die erfindungsgemäß Schaltungsanordnung kann jedoch in gleicher Weise auch für dreiphasige Wechselrichter verwendet werden.
Der Leistungs-Wechselrichter ist in bekannter Weise aufgebaut (M. Meyer "Thyristoren in der technischen Anwendung", Siemens Aktiengesellschaft, 1967, Seite 124). Der Leistungs-Wechselrichter 1 enthält in einer Mittelpunkts-Brückenschaltung die gesteuerten Hauptventile T1 und T2 mit Reihendioden D11 und D21. Außerdem sind Freilaufdioden D1 und D2 vorgesehen. Den Kommutierungskreis bilden ein Kommutierungskondensator cl und eine Kornmutierungsindultivität L1. Der Leistungs-Wechselrichter 1 ist eingangsseitig an eine Gleichspannungsquelle 2 angeschlossen, die mit dem Symbol einer Batterie gekennzeichnet ist. Die Ausgänge des Leistungs-Wechselrichters 1 sind an die Primärwicklung eines Transformators 3 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung über einen Schalter 4 mit einem olunisch-induktiven Verbraucher 5 verbunden werden kann. Der Verbraucher 5 wird im Normalbetrieb über den geschlossenen Schalter 6 aus dem Netz 7 mit der Netzwechselspannung UN gespei.st. Bei einem Ausfall oder einem unzulässigen Einbruch der Netzspannung UN wird der Schalter 6 geöffnet und der Schalter 4 geschlossen.
Der Verbraucher wird dann aus der Gleichspannungsquelle 2 über den Wechselrichter 1 gespeist.
Zusätzlich zum Leistungs-Wechselrichter 1 ist ein Hilfs-Wechselrichter 8 mit wesentlich kleinerer Leistung vorgesehen. E.r enthält die ges-teuerten Hauptventile tl und t2 mit Reihendioden d11 und d21 sowie mit Freilaufdioden d1 und d2. Den Kommutierungskreis bilden ein Kommutierungskondensator c2 und eine Kommuti 0 rungs induktivität 2. Der hilfs-Wechselrichter 8 is-t in gleicher Weise aufgebaut wie der Leistungs-Wechselrichter 1. Seine Bauelement sind jedoch wesentlich kleiner dimensioniert.
Weiterhin ist eine Steuereinrichtung mit einem Steuersatz 9 und einer vorgeschalteten Regeleinrichtung 10 vorgesehen.
Die R£geleinrichtung 10 ist im dargestellten Äusführungs-Beispiel als Spannungsregelung ausgeführt und erhält einen Spannungs-Istwert von einem Spannungsmeßgeber 11 und einen Sapnnungs-Sollwert von einem Sollwertgeber 12 eingangsseitig zugeführt. Die Regeleinrichtung 10, die beispielsweise einen PI-Regler enthalten kann, erzeugt die Steuerspannung für den Steuersatz 9, der in bekannter Weise über einen Synchronisierabgriff 13 mit der Netzspannung UN synchronisiert ist. Die vom Steuersatz 9 abgegebenen Zündimpulse sind über eine Freigabeeinheit 14 auf die gesteuerten Ventile T1 und T2 des Leistungs-Wechselrichters 1 und über eine Ourchschalteinheit 15 auf die gesteuerten Ventile tl und -t2 des kleineren Hilfs-Wechselrichters 8 geführt. Die Freigabeeinheit 14 und die Durchschalteinl-leit 15 sind von einer Kommandostufe 16 gesteuer-t, die eingangsseitig mit einem Meßfühler 17 zur Überwachung der Netzspannung UN verbunden ist. Die Kommandostufe 16 steuert außerdem die Schalteinrichtungen 4 und 6.
Die in der Zeichnung dargestellte Stellung der Schalteinrichtung 4 und 6 c--ntspricht dem Normalbetrieb, bei dem der Verbraucher 5 aus dem Netz 7 gespeist ist. Die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes 9 an die gesteuerten Ventile Ti und T2 des Leistungs-Wechselrichters 1 sind von der Freigabestufe 14 gesperrt. Die Zündimpulse des Steuersatzes 9 an die gesteuerten Ventile ti und t2 des kleinen Hilfs-Wechselrichters 8 sind über die Durchsehalteinheit 15 freigegeben. Der Hilfs-Wechselrichter 8, der eingangsseitig ebenfalls an die Gleichspannungsquelle 2 und ausgangsseitig ebenfalls an den Transformator 3 angeschlossen ist, ist in Betrieb und liefert eine Ausgangsspannung, die vom Sapnnungsmeßfühler ii erfaßt und der Regeleinrichtung 10 in der üblichen Weise zugefiihrt ist. Der Kommutierungskondensator c2 wird von der Wechselrichter-Ausgangsspannung aufgeladen und umgeladen.
Als Koinmutierungsinduktivität ist die Reihenschaltung der Induktivitäten L1 und e2 wirksam.
Ein Ausfall oder ein unzulässiger @inbruch der Netzspannung UN wird vom Meßfühler 17 erfaßt und an die Koniniandos-frufe 16 gemelde-t. Diese öffnet die Schalteinrichtung 6 und schließt die Schalteinrichtung 4. Außerdem die die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes 9 an die gesteuerten Ventile Ti und T2 des Leistungs-Wechselrichters 1 durch entsprechende Beeinflussung der Preigabeeinheit 14 freigegeben und die Zündimpulse an die gesteuerten Ventile ti und t2 des Hilfs-I.echselrichbers 8 über die Durchschalteinheit 15 gesperrt.
Wenn der Hilfs-Wechselrichter 8 auch im Leistungsbetrieb arbeiten soll, so kann die Durchschalteinheit 15 entfallen.
Die Freigabe der Zündimpulse an die Ventile T1 und T2 kann gegebenenfalls nach einem geeigneten Freigabeprogramm erfolgen.
Die Erfindung ist nicht auf den dargestellten schaltungstechnischen Aufbau der beiden Wechselrichter und insbesondere ihrer Kommutierungseinrichtungen beschränkt. Insbe 5 ende re kann die Erfindung auf andere Wechselrichterprinzipien und auf mehrphasige Wechselrichter angewendet werden.
4 Patentansprüche 1 igur

Claims

Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung für einen aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten Leistung-Wechselrichter, der ausgangsseitig über einen Transformator mit einem Verbraucher verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Zusätzlich zum Leistungs-Wechselrichter (1) ist ein-Hilfs-Wechselrichter (8) kleinerer Leistung vorgesehen, dessen Gleichspannungseingänge an die gleiche Gleichspannungsquelle (2) angeschlossen sind und dessen Wechselsparnrnngs-Ausgänge parallel zu den Wechselspannungs-Ausgängen des Leistung-Wechselrichters (1) an dessen Transformator (3) angeschlossen sind, b) für beide Wechselrichter ist eine gemeinsame, ständig laufende Steuereinrichtung mit einem Steuersatz (9) und einer Regeleinrichtung (10) vorgesehen, deren Zünaimpulse über eine von einer Kommandostufe (16) gesteuerte Freigabeeinheit (14) auf die gesteuerten Ventile (T1, T2) des Leistungs-Wechselrichters (1) und auf die gesteuerten Ventile (t1, t2) des Hilfs-Wechselrichters (8) geführt sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfs-Wechselrichter (8) leistungsmäßig für einen Notbetrieb des angeschlossenen Verbrauchers (5) bemessen ist.
3. Betriebsverfahren für eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a)In einer Bereitschaftsstellung ist die Regeleinrichtung (9) in Lingriff und die Zündimpulse des Steuersatzes (10) sind auf die gesteuerten Ventile (t1, t2) des Hilfsechselrichters (8) durchgeschaltet, während die Weitergabe der Zündimpulse an die gesteuerten Ventile (T1, T2) des Leisturigs-Wechselrichters (1) von der hreigabeeinheit (14) gesperrt ist, b) bei einem Startbefehl gibt die Kommandostufe (16) durch Beeinflussung der Freigabeeinheit (14) die Zündimpulse an die gesteuerten Ventile (T1, T2) des Leistungs-Vechselrichters frei.
4. Anwendung einer Schaltungsanordnung na nadi Anspruch 1 für eine unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage, bei der ein Verbraucher im Normalbetrieb aus einem Versorgungsnetz gespeist ist und bei einem Ausfall oder einem unzulässigen Sinbruch der Netzspannung auf eine Versorgung aus der Gleichspannungsquelle über den Leistungs-Wechselrichter umschaltbar ist.