DE2900338C2

DE2900338C2 -

Info

Publication number: DE2900338C2
Application number: DE2900338A
Authority: DE
Inventors: Hidehiko Nagoya Jp Sugimoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1978-01-23
Filing date: 1979-01-05
Publication date: 1987-12-10
Also published as: DE2900338A1; US4309750A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter gemäß den Oberbegrif fen der Ansprüche 1 bzw. 2.

Diese sind bekannt aus der DE-OS 24 43 025 (Fig. 3) bzw. aus der DE-OS 26 43 407 (Fig. 2). Bei ersterer besteht die Kommutierungshilfsbeschaltung aus einer Reihenschaltung eines Kondensators und einem mit einer Diode überbrückten Widerstand. Dabei wird jedoch die Thyristor-Brücke nicht sofort mit Sperrung der Transistoren stromlos, sondern erst nach Entladung des Kondensators. Bei der letzteren ist je weils eine aufwendige Kommutierungshilfsbeschaltung erforderlich, welche ebenfalls einen Kommutierungskondensator umfaßt, der mit einer Ladeschaltung beschaltet ist, sowie mit Drosselspulen, einem Thyristor und einer Umschwingdiode.

Aus der GB-PS 9 20 106 sind bereits die Verwendung von zwei induktiv gekoppelten Drosselspulen sowie einer schaltbaren Hilfsgleichspannungsquelle zur Erzeugung des erforderlichen Kommutierungsstromes bekannt.

Die Steuerung dieses Kommutierungsstromes mittels eines Transistors ist aus "SCR-Manual", General Electric Company 1964, S. 81, für sich bekannt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Wechselrichter der eingangs genannten Art derart abzuwandeln, daß die Kommutie rungshilfsbeschaltung bei geringem Aufwand eine sofortige Ge genspannung für die Löschung der Brückenthyristoren und gegebe nenfalls zusätzlich der Chopper-Thyristoren bereitstellt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Wechselrichter der Ansprüche 1 und 2 gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher er läutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Wechselrichters;

Fig. 2 die Eingangssignal-Wellenform der Steuerelektroden der Thyristoren und der Basen der Transistoren des Wechsel richters gemäß Fig. 1;

Fig. 3 die Ausgangsspannungswellenform des Wechselrichters gemäß Fig. 1;

Fig. 4 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Wechselrichters; und

Fig. 5 die Eingangssignalwellenformen der Steuerelektroden der Thyristoren und der Basen der Transistoren des Wechsel richters gemäß Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung mit seiner Hauptgleichstromquelle 1 mit der Spannung Ed.

Ferner sind Thyristoren 2 U+, 2 V+, 2 W+, 2 U-, 2 V-, 2 W- vorge sehen, sowie Rückarbeits-Dioden 3 U+, 3 V+, 3 W+, 3 U-, 3 V-, 3 W- sowie einLast 4, Transistoren 6+, 6-, eine Steuereinrichtung 5 zur Steuerung der Steuerelektroden und der Basen der Thyristoren bzw. Transistoren, ein Widerstand 7 und eine Hilfsgleichstrom quelle 8.

Die Thyristoren 2 U+ und 2 U-; 2 V+ und 2 V-; 2 W+ und 2 W- sind je weils in Reihe geschaltet. Die Anoden der Thyristoren 2 U+ und 2 V+, 2 W+ sind jeweils über den Transistor 6+ mit dem positiven Anschluß der Gleichstromquelle 1 verbunden. Andererseits sind die Kathoden der Thyristoren 2 U-, 2 V-, 2 W- jeweils über den Transistor 6- mit dem negativen Anschluß der Gleichstrom quelle 1 verbunden. Andererseits sind die Dioden 3 U+, 3 U- jeweils in Reihe geschaltet und die Verbindungsstelle zwischen diesen bei den Dioden ist mit der Verbindungsstelle zwischen den Thyristoren 2 U+, 2 U- verbunden, sowie mit dem Anschluß U der Last 4. Die Dioden 3 V+, 3 V- sind jeweils in Reihe geschaltet und die Verbin dungsstelle zwischen diesen beiden Dioden ist mit der Verbin dungsstelle zwischen den Thyristoren 2 V+, 2 V- verbunden sowie mit dem Anschluß V der Last 4. Die Dioden 3 W+, 3 W- sind jeweils in Reihe geschaltet und die Verbindungsstelle zwischen den beiden Dioden ist mit der Verbindungsstelle zwischen den Thyri storen 2 W+, 2 W- verbunden sowie mit dem Anschluß W der Last 4. Die Kathoden der Dioden 3 U+, 3 V+, 3 W+ sind mit dem positiven Anschluß der Gleichstromquelle 1 verbunden. Die Anoden der Dioden 3 U-, 3 V-, 3 W- sind mit dem negativen Anschluß der Gleichstromquelle 1 verbunden.

Der negative Anschluß der Hilfsgleichstromquelle 8 ist mit dem Widerstand 7 in Reihe geschaltet und der positive Anschluß mit den Kathoden der Thyristoren 2U-, 2 V-, 2 W- verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 7 ist mit den Anoden der Thyristoren 2 U+, 2 V+, 2 W+ verbunden.

Die in Fig. 2 dargestellten Signale werden durch die Steuereinrichtung 5 den Thyristoren 2 U+, 2 V+, 2 W+, 2 U-, 2 V-, 2 W- und den Transistoren 6+, 6- zugeführt. Die Signale mit einer jeweiligen Phasenverschiebung von 120° werden den Thyristoren 2 U+, 2 V+, 2 W+ zugeführt. Ferner werden Signale mit einer jewei ligen Phasenverschiebung von 180° den beiden Thyristoren 2 U+ und 2 U- bzw. den beiden Thyristoren 2 V+ und 2 V- bzw. den beiden Thyristoren 2 W+ und 2 W- zugeführt. Die Breite der Signale beträgt 180°. Zum Zeitpunkt des Verschwindens des Eingangssignals der Thyristoren 2 U+, 2 V+, 2 W+ verschwindet das in den Transistor 6+ eingespeiste Eingangssignal während jeweils einer Zeitspanne von 50 µs. Das in den Transistor 6- eingespeiste Eingangssignal verschwindet jeweils ebenfalls während einer Zeitspanne von 50 µs, und zwar zum Zeitpunkt des Verschwindens des Eingangssignals der Thyristoren 2 U-, 2 V-, 2 W-.

Das Löschen der Thyristoren geschieht folgendermaßen. Gemäß den Fig. 1 und 2 wird das Steuerelektrodensignal des jeweils zu löschenden Thyristors unterbrochen und gleichzeitig wird das Basissignal des Transistors unterbrochen, z. B. das Basis signal des Transistors 6+ im Falle des Löschens des Thyristors 2 U+. In diesem Zeitpunkt wird der Transistor 6+ sofort ausge schaltet und der durch den Thyristor 2 U+ fließende Strom wird Null. Wenn der Thyristor nicht mit einer Spannung in Sperr richtung beaufschlagt wird, so ist die Ausschalt-Zeitspanne zur Herbeiführung einer dauernden AUS-Funktion sehr lang, auch wenn der Strom des Thyristors Null wird (lange Freiwerde zeit). Aus diesem Grund wird mit Hilfe der Hilfsgleich spannungsquelle 8 eine Spannung in Sperrichtung angelegt. Die Spannung der Hilfsgleichspannungsquelle 8 liegt von der positiven Seite her über den Transistor 6- und die Diode 3 U- an der Kathode des Thyristors 2 U+ an und von der negativen Seite der Hilfsgleichspannungsquelle 8 her über den Widerstand 7 an der Anode des Thyristors 2 U+. Bei Stromfluß wird der Thyristor 2 U+ mit einer Sperrspannung beaufschlagt. Wenn kein Strom fließt, ergeben sich keine Schwierigkeiten durch das Anliegen der Sperrspannung auch wenn der Widerstandswert des Widerstandes 7 erhöht wird. Die Spannung der Hilfsgleich spannungsquelle 8 beträgt vorzugsweise etwa 10 Volt. Der Widerstandswert des Widerstandes 7 beträgt vorzugsweise etwa mehrere 100 Ohm, da die Spannungen der Gleichspannungs quellen 1 und 8 am Widerstand 7 anliegen, wenn beide Transistoren 6+, 6- sich im EIN-Zustand befinden.

Wenn es sich bei der Last 4 um eine induktive Last handelt, so fließt der zum Thyristor 2 U+ fließende Strom über die Diode 3 U-. Wenn der Transistor 6+ durch Beaufschlagung der Steuerelektrode des Thyristors mit einem Steuerelektrodensignal in dem für das Löschen des Thyristors 2 U+ vorgesehenen Zeitpunkt ausgeschaltet wird, so wird der durch den Thyristor fließende Strom abgeschaltet. Wegen der kurzen Zeitspanne kommt es jedoch nicht zu Störungen.

Wenn das Basissignal des Transistors 6 zum Zeitpunkt der Unterbrechung des Steuerelektroden signals des Thyristors zum Zwecke der Löschung des Thyristors 2 U- unterbrochen wird, so liegt die Spannung der Hilfsgleichspannungsquelle 8 von der positiven Seite her an der Kathode des Thyristors 2 U- an, sowie von der negativen Seite her über den Widerstand 7 und den Transistor 6+ und die Diode 3 U+ an der Anode des Thyristors 2 U-. Wenn es sich nun bei der Last um eine induktive Last handelt, so fließt der durch den Thyristor 2 U- fließende Strom zu Diode 3 U+. Wenn die Thyristoren 2 U+, 2 V+, 2 W+, 2 U-, 2 V-, 2 W- und die Transistoren 6+, 6- in richtiger Weise be trieben werden, so erhält man an den Anschlüssen der Last 4 die in Fig. 3 dargestellte Spannung. Wenn sich die Thyristoren 2 U+, 2 V-, 2 W+ und die Transistoren 6+, 6- im EIN-Zustand be finden, so hat die Spannung zwischen den Anschlüssen (U) - (V) den Wert "Ed " und die Spannung zwischen den Anschlüssen (V) - (W) den Wert "-Ed " und die Spannung zwischen den Anschlüssen (W) - (U) den Wert "Null" (in Periode I der Fig. 2). Während der anfänglichen 50 µs befindet sich der Thyristor 2 V- im wesentlichen im AUS-Zustand und die Spannungen zwischen den Anschlüssen (U) - (V); (V) - (W) und (W) - (U) sind jeweils Null, da der Transistor 6- sich im Auszustand befindet. In gleicher Weise kann man die Spannung in den Zeitintervallen (II) bis (VI) aus Fig. 2 ableiten, wobei man die Spannungswellenformen gemäß Fig. 3 erhält.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Fig. 1 kann man anstelle der Transistoren 6+, 6- als Schaltelement einen Chopper und einen über die Steuerelektrode löschbaren Thyri stor verwenden. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform mit einer Dreiphasenschaltung. Es kann sich jedoch auch um eine Ein phasenschaltung oder um eine andere modifizierte Schaltung handeln.

Die Hilfsgleichspannungsquelle 8 zur Beaufschlagung der Thyristoren mit der Sperrspannung kann eine kleine Span nung haben. Die Kosten des Wechselrichters werden hier durch nicht wesentlich gesteigert.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und zwar in Form eines Wechselrichters vom Strom-Typ mit einer Haupt gleichstromquelle 11, einem Chopper 12, welcher mit der Gleich stromquelle 11 verbunden ist, mit Gleichstromdrosseln 13+, 13-, welche mit dem Chopper 12 verbunden sind, mit einem Wechsel richter 14, welcher mit den Gleichstromdrosseln 13+, 13- und der Gleichstromquelle 11 verbunden ist und mit einer Last 15, welche mit dem Wechselrichter 14 verbunden ist. Der Chopper 12 besteht aus Thyristoren 201, 202 und Dioden 103, 104. Der Wechselrichter 14 umfaßt Thyristoren 205 bis 210. Außerdem ist die Last 15 über eine Rückarbeits-Diodenbrücke 111 bis 116 mit der Hauptgleichstromquelle 11 verbunden. Ferner sind Kommutierschaltungen 17+, 17- vorgesehen, welche parallel zu den Thyristoren 201, 202 liegen. Die Kommutierschaltung 17+ besteht aus einem Transistor 117 und einer Hilfsgleich stromquelle 118. Die Kommutierschaltung 17- besteht aus einem Transistor 119 und einer Hilfsgleichstromquelle 120. Schließlich ist eine Steuereinrichtung 16 zur Steuerung der Steuerelektroden der Thyristoren 201, 202 und 205 bis 210 und der Basen der Transistoren 117, 119 vorgesehen.

Im folgenden soll die Arbeitsweise dieser Einrichtung erläutert werden.

Wenn die Thyristoren 201, 202 durch ein Signal der Steuerein richtung 16 eingeschaltet werden, so fließt der Strom von der Hauptgleichstromquelle 11 über die Thyri storen 201, 202 und die Gleichstromdrosseln 13+, 13- zum Wechselrichter 14. Wenn die Thyristoren 201, 202 ausgeschaltet sind, so sind die Dioden 103, 104 eingeschaltet. Nunmehr findet die Rückspeisung der elektrischen Energie vom Wechselrichter 14 über die Drosseln 13+, 13- zur Gleichstromquelle 11 statt. Somit steuert der Chopper 12 die Einspeisung der elektrischen Energie von der Gleichstromquelle 11 über die Gleichstrom drosseln 13+, 13- zum Wechselrichter 14, und zwar durch Einschalten und Ausschalten der Thyristoren 201, 202. Die Gleich stromdrosseln 13+, 13- wirken im Sinne einer Glättung des einge speisten Stroms. Die Einschaltung und Ausschaltung der Thyristo ren 201, 202 geschieht folgendermaßen: Die Thyristoren werden dadurch eingeschaltet, daß ihre Steuerelektroden von der Steuer einrichtung 16 mit einem Signal beaufschlagt werden. Die Thy ristoren werden dadurch gelöst, daß man die Spannung der Hilfsgleich spannungsquellen 118, 120 in den Kommutierschaltungen 17+, 17- als Sperrvorspannung an die Thyristoren 201, 201 anlegt. Dies geschieht durch Beaufschlagung der Transistoren 117, 119 der Kommutierschaltungen 17+, 17- mit einem EIN-Signal der Steuereinrichtung 16, und zwar zum Zwecke der Einschaltung dieser Transistoren.

Die Zeitdauer der Einspeisung des EIN-Signals in die Transi storen 117, 119 kann mehrere 10 µs betragen. Somit werden die Thyristoren 201, 202 oder die Transistoren 117, 119 ausge schaltet, wenn man den Transistoren 117, 119 ein AUS-Signal zuführt. Hierdurch wird die Leistungs-Rückspeisungsschaltung der Dioden 103, 104 gebildet. Der Wechselrichter 14 wandelt den vom Chopper 12 über die Gleichstromdrosseln 13+, 13- eingespeisten Gleichstrom in einen Wechselstrom um und dieser wird der Last zugeführt. Zum Betrieb des Wechselrichters 14 werden die in Fig. 5 dargestellten Signale von der Steuerein richtung 16 den Steuerelektroden der Thyristoren 205, 210 und den Transistoren 117, 119 der Kommutierschaltungen 17+, 17- zugeführt. Diese Signale werden den Transistoren 117, 119 zusammen mit den Signalen für den Betrieb des Choppers 12 zugeführt.

Im normalen Zustand der Betriebsmode I der Fig. 5 befinden sich die Thyristoren 205, 210 im EIN-Zustand und der Gleich strom fließt über die Gleichstromdrossel 13+, den Thyristor 205, die Last 15, den Thyristor 210 und die Gleichstromdrossel 13-. Bei Übergang von der Betriebsmode I in die Betriebsmode II wird das EIN-Signal an der Steuerelektrode des Thyristors 205 unterbrochen und andererseits wird das EIN-Signal der Steuer elektrode des Thyristors 207 zugeführt und gemäß Fig. 5 wird den Basen der Transistoren 117, 119 jeweils ein EIN-Signal mit einer Dauer von mindestens 10 µs zugeführt. Das EIN-Signal wird der Basis des Transistors 117 zugeführt und das AUS-Signal wird der Steuerelektrode des Thyristors 201 zugeführt, wodurch der Thyristor 201 ausgeschaltet wird. Nunmehr wird das EIN-Signal der Basis des Transistors 119 zugeführt und das AUS-Signal wird der Steuerelektrode des Thyristors 202 zugeführt, wodurch der Thyristor 202 gelöscht wird. In diesem Stadium wird eine Strom schleife aus dem Transistor 119, der Hilfsgleichstromquelle 120, dem Thyristor 210 und der Gleichstromdrossel 13 - gebildet, so daß die Spannung der Hilfsgleichstromquelle 120 an der Gleich stromdrossel 13- anliegt. Die Gleichstromdrosseln 13-, 13+ sind nicht verbunden, so daß die Spannung in der Gleichstromdrossel 13+ induziert wird. Der Thyristor 201 befindet sich im AUS- Zustand, und zwar in der Schleife mit der Gleichstromdrossel 13+ und demgemäß wird die Schleife der Gleichstromdrossel 13+, der Diode 103, der Diode 112 und des Thyristors 205 gebildet und die Spannung der Gleichstromdrossel 13+ liegt als Sperrspannung an der Diode 103 und am Thyristor 205 an, so daß der Thyristor 205 gelöscht wird. Nach dem Löschen des Thyristors 205 hängt der EIN-/AUS-Betrieb der Thyristoren 201, 202 von dem Chopper- Betrieb ab.

Wenn die Last 15 eine Drossel umfaßt, so fließt der Strom durch den Thyristor 205 nunmehr von der negativen Seite der Haupt gleichstromquelle 11 durch die Diode. Dieser Strom wird all mählich herabgesetzt, während der Strom durch die Gleichstrom drossel 13+, durch den Thyristor 207 zur Last 15 allmählich erhöht wird. Der durch die Gleichstromdrosseln 13+, 13- fließende Strom wird im wesentlichen konstant gehalten. Wenn der zum Thyristor 207 fließende Strom den zur Gleichstrom drossel 13+ fließenden Strom nicht übersteigt, so fließt der Strom durch die Gleichstromdrossel 13+, den Thyristor 207 und den Thyristor 201 oder durch die Gleichstromdrossel 13+, den Thyristor 207, die Hauptgleichstromquelle 11 und die Diode 103, und zwar je nach dem Zustand des Choppers 12. Der durch den Thyristor 210 fließende Strom ist gleich demjenigen bei einer herkömmlichen Einrichtung. Wenn der durch die Diode 103 fließende Strom Null ist, so ist der durch den Thyristor 207 fließende Strom gleich dem Strom, welcher durch die Gleichstromdrossel 13 + fließt und der Strom fließt durch die Gleichstromdrossel 13+, den Thyristor 207, die Last 15 und den Thyristor 210 und die Gleichstromdrossel 13-. Dies ist der normalen Betriebszustand der Betriebsmode II. Somit liegt bei den Thyristoren 205 bis 210 und den Dioden 111 bis 116 im Wechselrichter 14 wiederholt und aufeinanderfolgend ein EIN-/AUS-Betrieb vor und der Last wird daher ein Wechsel strom zugeführt.

Bei der beschriebenen Schaltung des Thyristors 201, des Transistors 117 und der Hilfsgleichstromquelle 118 oder der Schaltung des Thyristors 202, des Transistors 119 und der Hilfs gleichstromquelle 120 kann man auch ohne Verwendung der Thyristoren 201, 202 eine Chopper-Funktion mit den Transistoren 117, 119 herbeiführen. Bei einer derartigen abgewandelten Schaltung können die Thyristoren 205, 210 im Wechselrichter 14 gelöscht werden durch alternierendes Ausschalten der Transistoren 117, 119 auch wenn die Hilfsgleichstromquellen 118, 120 von den Transistoren 117, 119 getrennt sind und mit den Dioden 103, 104 in umgekehrter Reihenschaltung verbunden sind.

Somit wird erfindungsgemäß zum Zwecke der Löschung einer Viel zahl von Thyristoren in einem Wechselrichter ein Schaltelement, z. B. ein Transistor eingeschaltet bzw. ausgeschaltet, so daß die Sperrspannung automatisch an die Thyristoren angelegt wird und die Thyristoren werden eingeschaltet und ausgeschaltet.

Claims

1. Wechselrichter mit einer Thyristor-Brückenschaltung und einer Brückenschaltung aus den Thyristoren entgegenge setzt gepolten Rückarbeits-Dioden, wobei eine Hauptgleich stromquelle mit den gleichstromseitigen Anschlüssen der Diodenbrücke direkt und mit den gleichstromseitigen An schlüssen der Thyristor-Brückenschaltung über je ein Schaltelement verbunden ist, während als Wechselstroman schlüsse jeder Phase entsprechende Brückenmittelpunkte der Diodenbrücke und der Thyristor-Brücke miteinander verbun den sind, wobei parallel zu den gleichstromseitigen An schlüssen der Thyristor-Brücke eine Kommutierungshilfsbe schaltung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kom mutierungshilfsbeschaltung eine Reihenschaltung eines Im pedanzelementes (7) und einer Hilfsgleichstromquelle (8) ist, welche die Thyristor-Brücke (2) in Sperrichtung be aufschlagt.

2. Wechselrichter mit einer Thyristor-Brückenschaltung und einer Brückenschaltung aus den Thyristoren entgegenge setzt gepolten Rückarbeits-Dioden, wobei eine Hauptgleich stromquelle mit den gleichstromseitigen Anschlüssen der Diodenbrücke direkt und mit den gleichstromseitigen An schlüssen der Thyristor-Brückenschaltung über je einen Chopper-Thyristor und je eine dazu in Reihe liegende Dros selspule verbunden ist, während als Wechselstromanschlüsse jeder Phase entsprechende Brückenmittelpunkte der Dioden brücke und der Thyristor-Brücke miteinander verbunden sind, und wobei parallel zu jedem Chopper-Thyristor eine Kommutierungshilfsbeschaltung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die bei den Drosselspulen (13+, 13-) in an sich bekannter Weise induktiv gekoppelt sind und die beiden Kommutierungshilfs beschaltungen (17+, 17-) jeweils in an sich bekannter Wei se aus einer Reihenschaltung eines Transistors (117, 119) und einer Hilfsgleichstromquelle (118, 120), welche zum einen über die gekoppelten Drosselspulen (13+, 13-) die Thyristor-Brücke (205-210) und zum anderen den zugeordne ten Chopper-Thyristor (201 bzw. 202) in Sperrichtung be aufschlagt, bestehen.