DE2536626A1 - THREE-PHASE INVERTER - Google Patents

THREE-PHASE INVERTER

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DE2536626A1 DE19752536626 DE2536626A DE2536626A1 DE 2536626 A1 DE2536626 A1 DE 2536626A1 DE 19752536626 DE19752536626 DE 19752536626 DE 2536626 A DE2536626 A DE 2536626A DE 2536626 A1 DE2536626 A1 DE 2536626A1
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Description

Dipl. Phys. Or. re>\ nat. Wolf gang Kern peDipl. Phys. Or. Re> \ nat. Wolfgang Kern pe

PATENTANWALT .PATENT ADVOCATE.

D-68OO Mannheim 1 ο β, 10 D-68OO Mannheim 1 ο β, 10

Postfach 1273P.O. Box 1273

Fernsprecher ΪΟ621) 381-47Telephone ΪΟ621) 381-47

15. August 1975 Mc 1715th August 1975 Mc 17

KGEL LIMITEDKGEL LIMITED

Kennedy Tower, St.Chads Queensway Birmingham B4 6EL, GroßbritannienKennedy Tower, St Chad's Queensway Birmingham B4 6EL, UK

' Dr e iphäs ig er' Wechs eTrichter "'Three-layer' change funnel "

Die Erfindung bezieht sich auf einen dreiphasigen Wechselrichtermit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Leistungsschalter und einer ersten, einer zweiten und einer dritten Gleichspannungsquelle»The invention relates to a three-phase inverter with a first, a second and a third circuit breaker and a first, a second and a third DC voltage source »

Derartige Wechselrichter werden benötigt, wenn eine dreiphasige Last, beispielsweise ein Motor, aus einer Gleichstromquelle versorgt werden soll,Such inverters are required when a three-phase load, for example a motor, is supplied from a direct current source shall be,

609885/0665609885/0665

Konten: Deutsche Bank Mannhelm 95/Ο953Ο · Stadtsparkasse Mannheim 7496 896 Privatanschrift: 694 Weinhelm · HolbelnatraBe S · Fernsprecher CO 62 OD 7 3212Accounts: Deutsche Bank Mannhelm 95 / Ο953Ο · Stadtsparkasse Mannheim 7496 896 Private address: 694 Weinhelm HolbelnatraBe S Telephone CO 62 OD 7 3212

In den britischen Patentschriften 1 402 321 und 1 402 322 ist ein batteriegetriebenes Fahrzeug mit einem Induktionsmotor beschrieben, der über einen Wechselrichter aus einer Batterie gespeist wird« Ein Wechselrichter nach der vorliegenden Erfindung ist in einem solchen Fall dann nützlich, wenn der Induktionsmotor ein dreiphasiger Induktionsmotor sein muß.British patents 1,402,321 and 1,402,322 describe a battery-powered vehicle with an induction motor, which is fed from a battery via an inverter «An inverter according to the present invention is useful in such a case when the induction motor must be a three-phase induction motor.

Die meisten bekannten dreiphasigen Wechselrichter weisen sechs oder mehr Leistungschalter auf, die entweder Thyristoren oder Transistoren sind. Jeder dieser Leistungsschalter erfordert einen ihm zugeschalteten elektronischen Steuerkreis und es gilt auch hier, daß die Betriebssicherheit in dem Maße abnimmt, wie die Anzahl der Bauteile zunimmt.Most known three-phase inverters have six or more power switches, either thyristors or Transistors are. Each of these circuit breakers requires an electronic control circuit connected to it and it also applies here that the operational reliability decreases as the number of components increases.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen dreiphasigen Wechselrichter zu entwickeln, der relativ wenige Bauteile benötigt.The present invention is therefore based on the object of developing a three-phase inverter that is relatively few components required.

Diese Aufgabe wird bei einem dreiphasigen Wechselrichter der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der erste Leistungsschalter und die erste Gleichspannungsquelle in Reihe zwischen einer ersten und einer zweiten Anschlußklemme, der zweite Leistungsschalter und die zweite Gleichspannungsquelle in Reihe zwischen der zweiten und einer dritten Anschlußklemme und der dritte Leistungsschalter und die dritte Gleichspannungsquelle in Reihe zwischen der dritten und der ersten Anschlußklemme liegen.This object is achieved according to the invention in a three-phase inverter of the type described in that the first power switch and the first DC voltage source in series between a first and a second connection terminal, the second power switch and the second DC voltage source in series between the second and a third connection terminal and the third circuit breaker and the third DC voltage source are in series between the third and the first connection terminal.

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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung können dabei die drei Phasen einer dreiphasigen Last einerseits an die drei Anschlußklemmen und andererseits an einen neutralen Schaltungspunkt angeschlossen werden. Alternativ können die drei Phasen der Primärwicklung eines dreiphasigen Transformators in Reihe mit den drei Leistungsschaltern geschaltet werden. Ein derartiger Transformator würde allerdings schwer und teuer werden .According to a further proposal of the invention, the three phases of a three-phase load can be connected on the one hand to the three connection terminals and on the other hand to a neutral circuit point. Alternatively, the three phases the primary winding of a three-phase transformer can be connected in series with the three circuit breakers. One of those However, the transformer would be heavy and expensive.

Um zu ermöglichen, daß der erfindungsgemäße Wechselrichter mit einer induktiven Last betrieben wird, wird in einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß über jeden der drei Leistungsschalter eine Preilaufdiode antiparallel geschaltet ist*To enable the inverter according to the invention with an inductive load is operated, it is proposed in an expedient development of the invention that over each of the three circuit breakers a pre-run diode is connected in anti-parallel *

Vorzugsweise sind die Leistungsschalter Transistoren,Preferably the power switches are transistors,

Es ist selbstverständlich auch möglich,Thyristoren als Leistungsschalter zu verwenden; aber es hat sich gezeigt', daß die notwendige Beschaltung derartiger Thyristoren sehr umfangreich ist, wenn die Last induktiv ist.It is of course also possible to use thyristors as power switches to use; But it has been shown that the necessary wiring of such thyristors is very extensive, when the load is inductive.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert.Further details of the invention are given in the subclaims and are illustrated below with reference to one in the drawing illustrated embodiment described and explained in more detail.

Es zeigen;Show it;

Fig, 1 einen. Schaltplan eines erfindungsgemäßen Wechselrichters mit angeschlossener Last;Fig, 1 a. Circuit diagram of an inverter according to the invention with connected load;

B0988B/0665B0988B / 0665

Fig. 2 zeit- Diagramme der Impulsfolgen und Schwinjangsfor- und 3 men innerhalb des Wechselrichter gem. Fig. 1 unter unterschiedlichen Bedingungen undFig. 2 time diagrams of the pulse trains and Schwinjangsfor- and 3 men within the inverter according to Fig. 1 under different conditions and

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Steuerkreises für den Wechselrichter gem. Fig. 1.4 is a block diagram of a control circuit for the inverter according to Fig. 1.

Der erfindungsgemäße Wechselrichter gem. Fig. 1 ist in Dreieckschaltung aufgebautj die drei Arme des Dreiecks sind mit A, B bzw, C bezeichnet. Der Arm A besteht aus einem Leistungsschalter in Form eines Transistors 1, der in Reihe mit einer Batterie 2 zwischen zwei Anschlußklemmen 3 und 4 liegt. Eine Freilaufdiode 5 ist antiparallel über dem Transistor 1 geschaltet. The inverter according to the invention according to FIG. 1 is in a delta connection j the three arms of the triangle are with A, B and C respectively. Arm A consists of a circuit breaker in the form of a transistor 1 which is in series with a battery 2 between two terminals 3 and 4. One Freewheeling diode 5 is connected in anti-parallel across transistor 1.

Der Arm B besteht aus einem Leistungsschalter in Form eines Leistungstransistors 6, der in Reihe mit einer Gleichstrombatterie 7 zwischen der Anschlußklemme 4 und einer Anschlußklemme 8 liegt. Über den Transistor 6 ist ebenfalls eine Freilaufdiode 9 antiparallel geschaltet. Der Arm C schließlich besteht aus einem Leistungsschalter in Form eines Transistors 10, der in Reihe mit einer Batterie 11 zwischen den Anschlußklemmen 3 und 8 liegt. Auch über dem Leistungstransistor 10 ist eine Freilaufdiode 12 antiparallel geschaltet. Es ist leicht ersichtlich, daß die entsprechenden Bauteile eines jeden Armes im selben Richtungssinn geschaltet sind, so daß ein Kurzschluß innerhalb der Dreiecksschaltung entstehen würde, wenn alle Transistoren 1, 6 und 10 zur gleichen Zeit stromleitend würden. Auch die Batterien 2, 7 und 11 sind alle im gleichen Richtungssinn geschaltet, so daß Strom durch die zugeordneten Transisto- The arm B consists of a power switch in the form of a power transistor 6, which is in series with a DC battery 7 is between the terminal 4 and a terminal 8. A freewheeling diode is also located across the transistor 6 9 connected anti-parallel. Finally, the arm C consists of a circuit breaker in the form of a transistor 10, which is in series with a battery 11 between the terminals 3 and 8 lies. A freewheeling diode 12 is also connected in anti-parallel across the power transistor 10. It is easy to see that the corresponding components of each arm are connected in the same sense of direction, so that a short circuit would arise within the delta connection if all transistors 1, 6 and 10 were conductive at the same time. Batteries 2, 7 and 11 are all connected in the same sense of direction, so that current through the assigned transistor

809885/0665809885/0665

ren 1, 6 bzw. 10 fließen kann.Ren 1, 6 or 10 can flow.

Eine mit 13, 14 und 15 bezeichnete dreiphasige Last ist einerseits an die Anschlußklemmen 3, 4 und 8 und andererseits an einen neutralen Schaltungspunkt 16 angeschlossen.A three-phase load labeled 13, 14 and 15 is on the one hand connected to terminals 3, 4 and 8 and, on the other hand, to a neutral circuit point 16.

Wenn der Transistor 1 in seinen stromleitenden Zustand überführt ist, fließt Strom von der positiven Klemme der Batterie 2 über den Transistor 1, die Last 13 und die Last 14 zur negativen Klemme der Batterie 2. Entsprechend wird jeweils zwei Phasen der Last Strom zugeführt, wenn irgend einer der anderen beiden Transistoren 6 oder 10 in seinen stromleitenden Zustand gebracht wird. Zwei der drei Transistoren 1,6 und 10 können gleichzeitig stromleitend werden, wobei allen drei Phasen der Last 13, 14 und 15 gleichzeitig Strom zugeführt wird; aber alle drei Transistoren dürfen nicht gleichzeitig stromleitend werden, da dann ein Kurzschluß im Wechselrichter auftritt.When the transistor 1 is brought into its current-conducting state, current flows from the positive terminal of the battery 2 the transistor 1, the load 13 and the load 14 to the negative terminal of the battery 2. Correspondingly, two phases in each case the load is supplied with current when any of the other two transistors 6 or 10 brought into its current-conducting state will. Two of the three transistors 1, 6 and 10 can be conductive at the same time, with all three phases of the Load 13, 14 and 15 is supplied with power at the same time; but all three transistors must not be conductive at the same time, because then a short circuit occurs in the inverter.

Während des Betriebes des Wechselrichters werden die Schalter 1, 6 und 10 in der Folge ABCA usw. für gleiche Zeitdauern geschlossen. In Fig. 2a sind die Betriebszeiten der Schalter dargestellt für eine Einschaltzeit von 15% einer Wiederholungsperiode für jeden der Arme A, B und C.While the inverter is in operation, switches 1, 6 and 10 in the sequence ABCA etc. closed for the same time periods. 2a shows the operating times of the switches for a switch-on time of 15% of a repetition period for each of arms A, B and C.

Fig, 2b zeigt den Strom, der durch einen dieser Arme bei ohmscher Belastung fließt, während Fig. 2c den Strom zeigt, der durch einen dieser Arme bei induktiver Belastung fließt.Fig, 2b shows the current that flows through one of these arms with an ohmic load, while Fig. 2c shows the current that flows through one of these arms under inductive loading.

Die Darstellung gem. Fig, 3 entspricht derjenigen gem. Fig, 2, jedoch beträgt hier die Einschaltzeit 2/3 der gesamten Periode. Dies ist die größtmögliche Einschaltdauer, da längere Impulse zu einem Kurzschluß in der Dreiecksschaltung führen würden.The representation according to FIG. 3 corresponds to that according to FIG. 2, however, the switch-on time here is 2/3 of the entire period. This is the longest possible duty cycle, since the pulses are longer would lead to a short circuit in the delta connection.

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Die Spannungssteuerung kann auf zwei Wegen erreicht werden, die auch zusammen angewendet werden können. Einmal kann die Impulslänge zwischen den beiden Extremwerten, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind, verändert werden. Es ist jedoch vorzuziehen, daß die Grundimpulslänge ständig auf ihrem möglichen Maximum gehalten wird, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, und daß die Schalter 1, 6 und 10 nach diesem Grundschema ein- und ausgeschaltet werden. Zu diesem Zweck ist ein Oszillator 20 vorgesehen (Fig. 4), der drei Ausgangsimpulse erzeugt, von denen jeder ein Verhältnis von Einschalt- zu Ausschaltzeit von 2:1 aufweist, d, h. eine Einschaltzeit von 24O°el innerhalb einer vollen Periode von 36O°el. Die drei Ausgangsimpulsfolgen sind untereinander um 120 el phasenverschoben und werden entsprechend den Eingängen von 3 UND-Gliedern 21, 22 und 23 zugeführt, deren Ausgänge mit den Basen der Transistoren 1 bzw. 6 bzw. 10 verbunden sind. Jedes der drei UND-Glieder 21, 22 und 23 besitzt zwei Eingänge; der andere der beiden Eingänge empfängt das Ausgangssignal eines Modulators 24, der einen relativ hochfrequenten Ausgangsimpuls mit einem veränderbaren Signal-Abstand—Verhältnis erzeugt. Der Modulatorausgang kann durch eine Steuerspannung auf einer Leitung 25 und die Gesamtfrequenz des Wechselrichterausganges durch ein&ignal auf einer Leitung 26 gesteuert werden, welche letztere mit dem Oszillator 20 verbunden ist, der die drei Ausgangsimpulsfolgen erzeugt.Voltage control can be achieved in two ways, which can also be used together. Once she can Pulse length between the two extreme values as shown in the Figs. 2 and 3 are shown, can be changed. It is preferable, however, that the basic pulse length is constantly on its possible maximum is held, as shown in Fig. 3, and that the switches 1, 6 and 10 according to this basic scheme can be switched on and off. For this purpose an oscillator 20 is provided (Fig. 4), which generates three output pulses, each of which has an on-to-off time ratio of 2: 1, i.e. a switch-on time of 24O ° el within a full period of 360 ° el. The three output pulse trains are phase shifted by 120 el and are corresponding to the inputs of 3 AND gates 21, 22 and 23, the outputs of which are connected to the bases of the transistors 1 and 6 and 10, respectively. Each of the three AND gates 21, 22 and 23 have two inputs; the other of the two inputs receives the output signal of a modulator 24, which has a relatively high-frequency output pulse a changeable signal-to-distance ratio. The modulator output can through a control voltage on a line 25 and the total frequency of the inverter output a & ignal can be controlled on a line 26, the latter is connected to the oscillator 20, which the three output pulse trains generated.

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Claims (1)

. Patentansprüche. Claims Dreiphasiger Wechselrichter mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Leistungsschalter und einer ersten, einer zweiten und einer dritten Gleichspannungsguelle, dadurch gekennzeichne t, daß der erste Leistungsschalter (1) und die erste Gleichspannungsquelle 02) in Reihe zwischen einer ersten und einer zweiten Anschlußklemme (3 und 4), der zweite Leistungsschalter (6) und die zweite Gleichspannungsquelle (7) in Reihe zwischen der zweiten und einer dritten Anschlußklemme (8)Three-phase inverter with a first, a second and a third circuit breaker and a first, a second and a third DC voltage source, characterized in that the first power switch (1) and the first DC voltage source 02) in series between a first and a second Terminal (3 and 4), the second circuit breaker (6) and the second DC voltage source (7) in series between the second and a third connection terminal (8) und der dritte Leistungsschalter (10) und die dritte Gleichspannungsquelle (11) in Reihe zwischen der dritten und der ersten Anschlußklemme liegen,and the third power switch (10) and the third DC voltage source (11) in series between the third and the first connection terminal, 2, Viechseirichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Phasen Cl3, 14, 15) einer dreiphasigen Last einerseits an die drei Anschlußklemmen (3, 4, 8) und andererseits an einen neutralen Schaltungspunkt (16) angeschlossen sind, 2, animal feeder according to claim 1, characterized in that the three phases Cl3, 14, 15) of a three-phase load are connected on the one hand to the three connection terminals (3, 4, 8) and on the other hand to a neutral circuit point (16), 3, Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über jeden der drei Leistungsschalter (1, 6, 10)3, inverter according to claim 1 or 2, characterized in that each of the three power switches (1, 6, 10) 60988S/066S60988S / 066S eine Freilaufdiode (5 bzw. 9 bzw, 12) antiparallel geschaltet ist«a freewheeling diode (5 or 9 or 12) connected in anti-parallel is" 4. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsschalter (1, 6, 10) Transistoren sind.4. Inverter according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the power switches (1, 6, 10) are transistors. 5. Wechselrichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerkreis für die Transistoren (1, 6, 10) vorgesehen ist, der einen Oszillator (20) zur Erzeugung einer ersten, einer zweiten und einer dritten Ausgangs-Impulsfolge aufweist, die untereinander um 120° phasenverschoben sind und bei denen das Verhältnis von Einschalt- zu Ausschaltzeit nicht größer als 2:1 ist, daß der Steuerkreis ferner ein erstes, ein zweites und ein drittes UND-Glied (21, 22, 23) mit zwei Eingängen aufweist, von denen je einer die entsprechenden Ausgangsimpulsfolgen des Oszillators empfängt, während die Ausgänge der drei UND-Glieder jeweils mit der Basis des entsprechenden Transistors verbunden sind, und daß der Steuerkreis schließlich einen Modulator (24) aufweist, der e-.ne Impulsfolge mit einer im Vergleich zur Frequenz der Ausgangsimpulsfolge des Oszillators hohen5. Inverter according to claim 4, characterized in that a control circuit for the transistors (1, 6, 10) is provided having an oscillator (20) for generating a first, a second and a third output pulse train, which are phase-shifted by 120 ° and for which the ratio of switch-on to switch-off time is not greater than 2: 1 that the control circuit also has a first, a second and a third AND element (21, 22, 23) with two inputs, one of which receives the corresponding output pulse trains of the oscillator, while the outputs of the three AND gates are each connected to the base of the corresponding transistor, and that the control circuit finally has a modulator (24), the e-.ne pulse train with a compared to Frequency of the output pulse train of the oscillator high 809885/0665809885/0665 Frequenz erzeugt und der mit dem anderen Eingang eines jeden UND-Gliedes verbunden ist.Frequency generated and which is connected to the other input of each AND element. 6. Wechselrichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal-Abstand-Verhältiiis der Impulsfolge des Modulators (24) veränderbar ist,6. Inverter according to claim 5, characterized in that the signal-to-distance ratio of the pulse train of the Modulator (24) is changeable, 7. Wechselrichter nach Anspruch 5 ader 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Ausgan-jsimpulsfolge des Oszillators (20) veränderbar ist.7. Inverter according to claim 5 wire 6, characterized in that that the frequency of the output pulse train of the oscillator (20) is changeable. G09885/0665G09885 / 0665
DE19752536626 1975-07-15 1975-08-16 THREE-PHASE INVERTER Ceased DE2536626A1 (en)

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