DE2541674A1

DE2541674A1 - Umrichter

Info

Publication number: DE2541674A1
Application number: DE19752541674
Authority: DE
Inventors: Lovro Dipl Ing Vukasovic
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-09-18
Filing date: 1975-09-18
Publication date: 1977-03-24
Also published as: NL7608577A; JPS5239126A; FR2325229A1; BR7606120A; DE2541674B2; DD126892A1; BE846273A; SE7609818L; FR2325229B1

Description

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Berlin und München Werner-von-Siemena-Str. 50

Unsere Zeichen:

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Umrichter

Die JSrfindung betrifft einen Umrichter mit einem Wechselrichter mit Thyristoren, dessen Gleichstromeingänge über einen Gleichstromzwischenkreis mit Drossel und einen Gleichrichter mit Thyristoren mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, wobei ein Steuersatz zur Bildung von Zündimpulsen für die Thyristoren des Gleichrichters und ein Steuersatz zur angenähert periodischen Bildung von Zündimpulsen für die Thyristoren des Wechselrichters angeordnet ist.

Solche Umrichter sind beispielsweise aus dem "Thyristor-Handbuch" Siemens AG 1965, Seite 263 bekannt. Bei diesen Umrichtern wird im allgemeinen die Leistung über die Thyristoren des netzgeführten Gleichrichtera und die Jf'requenz der Ausgangsspannung über die Thyristoren des selbst- oder lastgeführten Wechselrichters gesteuert. Die Steuerung des Gleichrichters führt zu lükkendem Strom im Gleichstromzwischenkreis, weswegen die Drossel für die Glättung im Gleichstromzwiachenkreia ausgelegt sein muß. Dieaführt zu sehr grofifn, unwirtschaftlichen Drosseln. Bei sehr kleinen Lasten, bei denen nur ein geringer Strom erforderlich ist, läßt sich das Lücken des Stromes im Gleichstromzwischenkreis auch mit sehr großen Drosseln häufig nicht vermeiden, was zu Störungen im Wechselrichterbetrieb führt. Außerdem muß bei den bekannten Umrichtern sichergestellt werden, daß beim Zünden der Thyristoren des Gleichrichters auch die gerade durchlässigen bzwstromführenden Thyristoren des Wechselrichters gezündet sind, da sonst kein Strom über die Thyristoren des Gleichrichters führen kann. Man ist daher dazu übergegangen, die Thyristoren des Wechselrichters mit sogenannten aufgefüllten Impulsen bzw. iteihen- oder Kettenimpulsen zu zünden, wie sie beispielsweise auf

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Seite 132 und 133 der obengenannten Literaturstelle beschrieben sind. Der einsatz solcher aufgefüllter impulse erfordert einen aufwendigen Steuersatz, der ebenfalls unwirtschaftlich ist.

Jis besteht die Aufgabe, einen Umrichter der eingangs genannten Art so aufzubauen, daß er mit lackendem Gleichstrom betrieben werden kann.

-tirfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuersätze so ausgebildet sind, daß die Anstiegsflanke jedes Zündimpulses für die Thyristoren des Gleichrichters einen zusätzlichen Zündimpuls für die durchlässigen Thyristoren des Wechselrichters auslöst.

Beim erfindungagemäßen Umrichter werden die i'hyristoren des Wechselrichters nicht nur periodisch gezündet, sondern es ist sichergestellt, daß die bereits durchlässigen Thyristoren des Wechselrichters einen zusätzlichen Zündimpuls erhalten, wenn Thyristoren des Gleichrichters gezündet werden. Damit werden bei Zündung der ü-leicbriebterthyristoren Thyristoren des Wechselrichters stromführend, unabhängig davon, ob sie bei der periodischen Zündung stromführend wurden oder nicht. Der Umrichter kann damit im Lückbetrieb arbeiten und aufgefüllte Impulse und die zu ihrer erzeugung notwendigen, aufwendigen Steuersätze und Übertrager sind nicht mehr erforderlich. Die Steuersätze können vielmehr viel einfacher und damit wesentlich billiger ausgeführt sein. Außerdem braucht die Drossel des Gleichstromzwischenkreises nicht mehr für die Glättung des Stromes insbesondere auch bei kleinen Lasten ausgelegt sein. Die Drossel kann vielmehr wesentlich kleiner und stromunabhängig ausgelegt werden und wird damit entsprechend leichter und ebenfalls billiger. Vorzugsweise ist die Drossel im Gleichstromzwischenkreis nur zum Schutz der Thyristoren des Wechsel- und Gleichrichters und von Sicherungen ausgelegt .

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Xm folgenden wird der erfindungsgemäße Umrichter beispielhaft anhand der ü'iguren 1 bis 3 näher erläutert. In den figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen .Bezugszeichen versehen.

1 zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Umrichters. Als Ausführungsbeispiel wurde ein lastgeführter Umrichter gewählt, üs ist jedoch zu betonen, daß die erfindungagemäßen Vorteile bei jedem Umrichter mit Gleichstrorazwischenkreis erhalten werden, in Jb¹Ig. 1 ist ein Wechselrichter 1 mit i'hyristoren in -üinphasenbrückenschaltung aufgebaut, wobei beim Ausführungsbeispiel in jedem .Brückenzweig 2 bis 5 ein Thyristor 2a bis 5a angeordnet ist. Über die Wechselstromklemraen 6 des Wechselrichters 1 wird ein Parallelschwingkreis 7 als Last gespeist, der aus der Parallelschaltung einer Drossel 7a und eines Kondensators 7b besteht. Die G-leichstromanschlüsse 8 des Wechselrichters 1 sind über einen Gleichstromzwischenkreis 9 mit Glättungsdrossel 10 und einen Gleichrichter 11 mit einem Drehstromnetz verbunden, das an den Klemmen 12 liegt. Der Gleichrichter 11 ist aus Thyristoren 11a bis 11f in Drehstrombrückenschaltung aufgebaut.

Zur Steuerung der Thyristoren 11a bis 11f des Gleichrichters ist ein Steuersatz 13 vorgesehen, wie er beispielsweise in dem Buch von G. Möltgen "Wetzgeführte Stromrichter mit Thyristoren" Siemens AG 1967, Seite 275 und 280 beschrieben ist. Die Ausgänge dieses Steuersatzes 13 sind über Steuerleitungen 13a bis 13f mit. den Zündelektroden der Thyristoren 11a bis 11f verbunden.

Ein Steuersatz 14 ist für die Thyristoren 2a bis 5a des Wechselrichters 1 angeordnet, üin solcher Steuersatz für einen Wechselrichter ist beispielsweise aus dem Buch von D. Jürnst und D. Strö'le "Industrieelektronik" Springer-Verlag 1973, Seite 54 und 55 bekannt. Die Ausgänge 14a und 14b des Steuersatzes 14 sind über Steuerleitungen 16 und 17 mit Zündelektroden von Thyristoren diagonaler Brückenzweige verbunden. ±;in weiterer Ausgang 14c ist über eine Leitung mit einem Eingang einer Auswahlschaltung 15 verbunden, deren Ausgänge 15a und 15b an die Steuerleitungen

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16 bzw. 17 geführt sind, üiin Eingang 15c ist über eine Leitung

18 mit einem Ausgang 13a des Steuersatzes 13 für den Gleichrichter 11 verbunden, üis ist hier zu betonen, daß die Leitung 18 in Abweichung zum Ausführungsbeispiel auch an einen Trigger- bzw. Synchronisiereingang des Steuersatzes 14 geführt sein kann.

i'ür den Wechselrichter 1 ist außerdem noch eine Anfahrschaltung

19 vorgesehen, die zum Einschwingen des lastgeführten Wechselrichters 1 erforderlich ist. Jiine solche Anfahrschaltung 19 ist beispielsweise in dem US-PS 3 599 078 beschrieben. Die Ausgänge 15a und 15b der Auswerteschaltung 15 und die Ausgänge 14a und 14b des Steuersatzes 14 sind über Leitungen 20 und 21 mit der Anfahrschaltung 19 verbunden und dort zu den Steuerelektroden der Thyristoren der Anfahrschaltung 19 geführt.

Ji¹Ur den in !Pig. 1 gezeigten Umrichter sind außerdem noch Kegler und Istwertgeber erforderlich, die jedoch in die i'ig. nicht eingezeichnet wurden, um die Übersichtlichkeit zu wahren.

Umrichter mit einem Schwingkreis als Last sind im eingeschwungenen Zustand lastgeführt und die Arbeitsfrequenz des Wechselrichters wird von der üesonanzfrequenz des Schwingkreises bestimmt. Der Strom geht dabei in direkter Kommutierung von diagonalen Briickenzweigen des Wechselrichters auf die nachfolgend stromführenden diagonalen Brückenzweige über, wobei die Komrautierungsblindleistung vom Kondensator des Parallelschwingkreises zur Verfügung gestellt wird. Dabei werden abwechselnd die Thyristoren diagonaler Brückenzweige periodisch vor jedem i<iulldurchgang der Schwingkreisspannung in Abhängigkeit von der Kommutierzeit des Wechselrichters und der Schonzeit der Ihyristoren gezündet. Zur Festlegung des Zündzeitpunktes vor jedem Wulldurchgang der Schwingkreisspannung kann eine Schaltung zur Erfassung der Kommutier- und Schonzeit benutzt werden, wie sie beispielsweise in der DT-OS 2 008 239 beschrieben ist. Auch diese Schaltung ist in die ü'ig. nicht eingezeichnet.

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Die Wirkungsweise des erfindungsgeraäßen Umrichters wird anhand der Pig. 2 näher erläutert, in der von den Zündimpulsen für die Thyristoren 11a bis 11f des netzgeführten ü-leichrichters 11 abgeleitete Impulse Z_& und die Zündimpulse Z_w für die 'l'hyristoren 2a bis 5a des lastgeführten Wechselrichters 1 über der Zeit t aufgetragen sind. Dabei ist die Breite der Impulse Z_& an die Breite der Impulse Z^ angepaßt. Dabei sei angenommen, daß mit den Zündimpulsen Z„ im Zeitpunkt t₁ die Thyristoren 11a ucd 11d, im Zeitpunkt t₂ die Thyristoren 11f und 11a,im Zeitpunkt t, die Thyristoren 11c und 11f, im Zeitpunkt t, die Thyristoren 11b und 11c, im Zeitpunkt tr die Thyristoren 11e und 11b,im Zeitpunkt t^ die Thyristoren 11d und 11e und im Zeitpunkt t~ schließlich wieder die Thyristoren 11a und 11d gezündet werden. Die Zündirapulse Z„ für die Thyristoren des Wechselrichters 1 werden periodisch vor jedem Nulldurchgang der Schwingkreisspannung an diagonale Brückenzweige des Wechselrichters 1 gelegt. Jj'ür das folgende sei angenommen, daß im Zeitpunkt t_Q1 die Thyristoren 2a und 5a diagonaler Brückenzweige 2 und 5 und im Zeitpunkt t_Qp jeweils die Thyristoren 3a und 4a der diagonalen Brückenzweige 3 und 4 gezündet werden. In i'ig. 2 sind ZundimjJulse Z^ zur Zündung der Thyristoren 2a und 5a der Brückenzweige 2 und 5 schraffiert. Jirfindungsgeraäß wird nun mit jeder Anstiegsflanke eines Zündimpulses Z_& für Thyristoren des Gleichrichters 1 ein Zündimpuls Z^ für bereits gezündete Thyristoren des Wechselrichters 1 ausgelöst. Demnach erhalten in den Zeitpunkten t.. und tp die durchlässigen Thyristoren 2a und 5a der Brückenzweige 2 und 5 einen Zündimpuls und in den Zeitpunkten t, bis t~ wird den Thyristoren 3a und 4a der diagonalen Brückenzweige 3 und 4 ein zusätzlicher Zündimpuls zugeführt. Damit ist sichergestellt, daß Thyristoren des Wechselrichters 1 immer zusammen mit Thyristoren des G-leichrichters 11 stromführend sind, iüin Lückbetrieb des Umrichters wird damit ermöglicht und es kann insbesondere die Drossel 10 des Zwischenkreises 9 nur noch zur Stromanstiegsbegrenzung nach

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i dt der Thyristoren des Wechsel- oder ü-leichrichters bzw.

von Sicherungen ausgelegt werden. Damit iat es auch möglich, die Beschaltung der Wechsel- und Grleichrichterthyristoren für die

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"beim Abriß des Haltestroms vorhandene Energie der Drossel 9 zusätzlich auszulegen.

Ausführungsbeispiel einer Auswahlschaltung 15 zeigt i'ig. 3. iüs ist jedoch auch hier zu betonen, daß die Auslösung der Zusatzimpulse mit der Anstiegeflanke der Zündimpulse für die Thyristoren des Gleichrichters auch in anderer Weise, beispielsweise üVber einen 'friggereingang des Steuersatzes 14 erhalten werden kann, ü'ür das folgende wird angenommen, daß am Ausgang 14c des Steuersatzes 14 Kechteckimpulse anstehen, die an den eingang der Auswahlschaltung 15 geführt sind, dem eine bistabile Kippstufe 22 nachgeschaltet ist. Der Ausgang 22a bzw. 22b der bistabilen Kippstufe 22 ist mit einem JSingang eines digitalen Verknüpfungsgliedes 23 bzw. 24 verbunden, das im Ausführungsbeispiel ein NAND-Glied ist. Der Ausgang dea digitalen Verknüpfungsgliedes 23 ist mit dem Ausgang 15a und der Ausgang des digitalen Verknüpfungsgliedes 24 ist mit dem Ausgang 15b verbunden. An den zweiten eingang jedes digitalen Verknüpfungsgliedes 23 und 24 ist der eingang 15c geführt, an dem über die Leitung 18 jeder Zündimpuls des Steuersatzes 13 für den Gleichrichter ansteht. Durch die bistabile Kippstufe 22 wird in den Zeitpunkten t_Q^ bzw. t_Q2 einer der Ausgänge 15a oder 15b für Zündimpulse geöffnet, .tiin Zündimpuls Z_G, der dann über den üJingang 15c eingespeist wird, wird dann wegen der digitalen Verknüpfung im digitalen Verknüpfungsglied 23 oder 24 an die bereits durchlässigen Thyristoren diagonaler Brückenzweige geführt, womit die oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Vorteile erhalten werden.

2 Patentansprüche

3 -b'iguren

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche

(ij) Umrichter mit einem Wechselrichter mit Thyristoren, dessen Gleichstromeingänge über einen Gleichstromzwischenkreis mit Drossel und einen Gleichrichter mit Thyristoren mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, wobei ein Steuersatz zur Bildung von Zündimpulsen für die Thyristoren des Gleichrichters und ein Steuersatz zur angenähert periodischen Bildung von Zündimpulsen für die Thyristoren des Wechselrichters angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersätze (13, 14, 15) so ausgebildet sind, daß die Anstiegsflanke jedes Zündimpulses (Z_&) für die Thyristoren (11a bis 11f) dea Gleichrichters (11) einen Zündimpuls (Z^) für die durchlässigen Thyristoren (2a, 5a oder 3a, 4a) des Wechselrichters (1) auslöst.
2. umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (10; im Gleichstromzwischenkreis (9) nur zum Schutz der Thyristoren (11a bis 11f und 2a bis 5a) bzw. Sicherungen vorgesehen sind.

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