DE3004136C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs. Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der Zeitschrift "Technische Mitteilungen AEG-Telefunken", 62 (1972), Heft 6, Seiten 237 bis 242, bekannt. Die dort vom Gleichspannungswandler abgegebene, der Spannung im Zwischenkreis proportionale Größe wird aus­ schließlich zur Überwachung und Regelung der Zwischenkreisspannung heran­ gezogen.

Zum Löschen eines der Thyristoren einer Brücke wird durch Zünden der Löschthyristoren der aus dem Kommutierungskondensator und der im Querzweig der Brücke angeordneten Kommutierungsdrossel aufgebaute Kommutierungsschwingkreis aktiviert. Die dabei zunächst durch Entladung des Kommutierungskondensators aufmagnetisierte Kommutierungsdrossel magnetisiert sich wieder ab und speist die in ihr gespeicherte Energie in den Kommutierungskondensator zurück. Das ist aber nur möglich, sofern die Spannung am Kommutierungskondensator kleiner ist als die Zwischen­ kreisspannung. Ist die variable Zwischenkreisspannung klein, so erfolgt die Abmagnetisierung der Kommutierungsdrossel nur solange über den Kom­ mutierungskondensator, bis dessen Spannung die kleine Zwischenkreis­ spannung erreicht. Anschließend magnetisiert sich die Kommutierungs­ drossel ausschließlich über den Zwischenkreiskondensator ab. Diese Ab­ magnetisierung nimmt jedoch Zeit in Anspruch, die bei einer 180°-An­ steuerung der Thyristoren des Wechselrichters nicht zur Verfügung steht. Der andere Thyristor der Brücke wird demnach bislang bereits gezündet, obwohl noch Energie in der Kommutierungsdrossel gespeichert ist. Das führt zu einem Kreisstrom von der Kommutierungsdrossel über den ge­ zündeten Thyristor und die mit ihm in der Brückenhälfte liegende Frei­ laufdiode zurück zur Drossel. Da der ohmsche Widerstand dieses Kreises gering ist, fließt der Kreisstrom, insbesondere bei sehr kleinen Zwischen­ kreisspannungen, d. h. wenn sich die Kommutierungsdrossel nur gering­ fügig abmagnetisiert hat, als Kurzschlußstrom. Aufgrund dieses Kreisstromes ist es bisher notwendig, die Halbleiterbauelemente (Thyristoren und Frei­ laufdioden) entsprechend überzudimensionieren.

Aus der DE-OS 22 46 257 ist eine Schaltungsanordnung mit einem Wechsel­ richter entnehmbar, die ebenfalls je Phase zwei Thyristoren und zwei Frei­ laufdioden in einer Brückenschaltung mit einer Querdrossel aufweist. Dabei sind die beiden Thyristoren in der einen Brückenhälfte, die beiden Frei­ laufdioden in der anderen Brückenhälfte angeordnet. Die speisende Span­ nungsquelle ist hier jedoch nicht variabel, und die Abmagnetisierung der Drossel erfolgt stets über die an ihre Mittelanzapfung angeschlossene Last. Die Spannung der Drossel wird mithin nie größer als die speisende Gleich­ spannung. Wegen des Umschwingens über die Last ist auch kein Kurzschluß­ kreis vorgegeben, der dazu zwingt, die Halbleiterbauelemente aus diesem Grunde stärker zu dimensionieren.

Auch aus der GB-PS 12 62 345 ist ein Wechselrichter mit mittenange­ zapften Querdrosseln bekannt, der je Phase aus zwei Thyristoren und zwei Freilaufdioden in Brückenschaltung aufgebaut ist. Dabei wird aus der Höhe der Zwischenkreisspannung die Ansteuerfrequenz für die Thy­ ristoren des Wechselrichters gewonnen. Entsprechend der üblichen Spannungs-/ Frequenz-Kennlinie ist hier bei kleiner Spannung die Frequenz ebenfalls klein. Ein störender Kreisstrom infolge der Abmagnetisierung der Kommu­ tierungsdrossel tritt jedoch nicht auf, weil letztere nicht mit den Querdros­ seln identisch ist, sie vielmehr in einem separaten Kreis liegt, die die Löschung aller Thyristoren des Wechselrichters bewirkt. Auch ist der Zwi­ schenkreis durch einen zusätzlichen Transformator vom Wechselrichter ent­ koppelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Steuerimpulse für die Thyristoren der eingangs beschrie­ benen Art anzugeben, durch die die Ansteuerung so beeinflußt wird, daß auch bei kleiner Zwischenspannung überhaupt kein Kreisstrom von der Kom­ mutierungsdrossel über den neu gezündeten Thyristor und die mit ihm in einer Brückenhälfte angeordnete Freilaufdiode fließt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekenn­ zeichneten Merkmale gelöst.

Auf vorteilhafte Weise wird damit der Ansteuerwinkel des gegenüberliegenden Thyristors in Abhängigkeit von der Zwischenkreisspannung um einen bestimmten Betrag verschoben. Somit wird sichergestellt, daß die gerade stromführende Querdrossel einer Phase auch gegen eine kleine Zwischenkreisspannung über die beiden in Reihe liegenden Freilaufdioden und den Zwischenkreiskonden­ sator einwandfrei vor der Zündung des nächsten Thyristors abmagnetisiert, so daß der Kreisstrom nicht mehr auftreten kann. Die Halbleiterbauelemente können dementsprechend besser ausgenutzt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch gekenn­ zeichnet.

Die Erfindung soll anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispiels erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Steuerimpulsen für die Thyristoren eines dreiphasigen Wechselrichters,

Fig. 2 ein Pulsdiagramm für einzelne Signale innerhalb der Schaltung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Sollwertgeber 1 für die Vorgabe der Frequenz gezeigt, mit der die Steuerimpulse für die Thyristoren eines (nicht dargestellten) Wechsel­ richters erzeugt werden. Dem Sollwertgeber 1 ist ein Spannungs-Frequenz- Umsetzer 2 nachgeschaltet. Seine Ausgangsimpulse T werden zwei monosta­ bilen Kippgliedern 3, 4 zugeführt. Die negierten Ausgangsimpulse T 1 des Kippgliedes 3 und die Ausgangsimpulse T 2 des Kippgliedes 4 werden derart in einem UND-Glied 5 verknüpft, daß die Flanken von diesen Ausgangsim­ pulsen T 3 durch die ansteigende Flanke des Impulses T 1 und die abfallende Flanke des Impulses T 2 festgelegt sind.

Die Signale T 3 werden einem Integrator 8 zugeführt und setzen diesen jeweils nach 60° für eine Mindestzeit, die der Dauer der Signale T 3 entspricht, auf Null zurück. Zusätzlich wird dem Integrator 8 eine der Spannung im Zwischen­ kreis proportionale Größe (Eingangsspannung des Wechselrichters) eingegeben. Diese Größe wird über einen Gleichspannungswandler 6 aus der Zwischenkreis­ spannung U _D abgeleitet und bestimmt mit ihrer Höhe die jeweils nach der Zurücksetzung neu beginnende Integrationszeit des Integrators 8.

Die Integrationszeit des Integrators 8 ist demnach durch die Signale 3 und die Ausgangsgröße des Gleichspannungswandlers 6 derart bestimmt, daß sie bei kleinen Zwischenkreisspannungen entsprechend länger und bei steigender Zwischenkreisspannung kontinuierlich früher abläuft. Das Ausgangssignal G des Integrators 8 steuert einen Schmitt-Trigger 9, dessen Ausgangssignal H die Ansteuerzeit der Thyristoren des Wechselrichters über eine Steuerimpuls­ bildung 11 entsprechend der Integrationszeit des Integrators 8 beeinflußt.

Die Bildung der Steuerimpulse erfolgt in an sich bekannter Weise mittels der negierten Ausgangssignale T 1 des Kippgliedes 3 über einen Vor- und Rück­ wärtszähler 10. Dieser liefert je Phase 180° versetzte Impulse A bis F, die durch Einwirkung des Schmitt-Triggers 9 in der Steuerimpulsbildung 11 ent­ sprechend der vorliegenden Zwischenkreisspannung zu Steuerimpulsen A 1 bis F 1 verschoben werden.

In der Fig. 2 sind die zeitlichen Verläufe der einzelnen Impulse aufgezeigt, wobei ersichtlich ist, daß der durch die Integrationszeit des Integrators 8 bestimmte Ausgangsimpuls G variabel ist. Bei höheren Zwischenkreisspannungen U _D wird der Zündzeitpunkt des gegenüberliegenden Thyristors einer jeden Phase entsprechend der gestiegenen Spannung verringert.

Bei etwa 20% der maximalen Zwischenkreisspannung ist die Abmagnetisierung der Kommutierungsdrossel so abgeschlossen, daß ein störender Kreisstrom nicht auftritt. Die weitere Verschiebung der Steuerimpulse wird bei Erreichen dieser Verzögerungszeit (die der durch die Breite der Signale T 3 vorgegebenen Mindestzeit entspricht) eingestellt. Im Bereich von 20 bis 100% der maxi­ malen Zwischenkreisspannung wird deshalb die Integrationszeit trotz der höheren Zwischenkreisspannung nicht mehr weiter verkürzt.

Mit T _max ist eine Zeit bezeichnet, die einer minimalen Zwischenkreisspannung entspricht, bei der der Integrator mit einer längstzulässigen Integrationszeit noch arbeiten darf.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Steuerimpulsen für eine 180°-An­ steuerung von Thyristoren eines Wechselrichters,

• - der eingangsseitig an einem Gleichspannungszwischenkreis mit einem Zwischenkreiskondensator und einem sekundärseitig eine der variablen Spannung im Zwischenkreis proportionalen Größe abgebenden Spannungs­ wandler liegt,
• - der je Phase aus einer Brückenschaltung besteht, die aus zwei jeweils durch einen der Thyristoren und eine diesem gegensinnig gepolte Frei­ laufdiode gebildeten Brückenhälften aufgebaut ist und die im Querzweig jeweils eine Kommutierungsdrossel (Querdrossel) mit einer Mittelzapfung aufweist, an die eine vom Wechselrichter gespeiste Last angeschlossen ist,
• - der zur Zwangskommutierung aus einem Kommutierungskondensator und den Kommutierungsdrosseln gebildete Kommutierungsschwingkreise aufweist, die über Löschthyristoren an die zu kommutierende Brücke schaltbar sind, und
• - bei dem die bei Beginn des Kommutierungsvorgangs durch Entladung des Kommutierungskondensators jeweils aufmagnetisierte Kommutierungsdrossel sich über die beiden Freilaufdioden der zugehörigen Brücke und den Zwi­ schenkreiskondensator entmagnetisiert, wenn beim Rückschwingen des Kommutierungsschwingkreises die Spannung am Kommutierungskonden­ sator größer als die Zwischenkreisspannung ist,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Integrator (8) vorgesehen ist,

• - der eingangsseitig sowohl mit einem Sollwertgeber (1) für die Frequenz der Steuerimpulse (A ₁ bis F ₁) für die Thyristoren des Wechselrichters als auch mit der Sekundärseite des Gleichspannungswandlers (6) verbunden ist,
• - dessen Ausgangssignal durch die Ausgangsgröße des Sollwertgebers (1) nach jeweils 60° für eine Mindestzeit auf Null gesetzt wird und dessen Integrationszeit durch die Ausgangsgröße des Gleichspannungswandlers (6) derart bestimmt ist, daß sie mit steigender Zwischenkreisspannung (U _D ) kontinuierlich kürzer wird, und
• - dem ein Schmitt-Trigger (9) nachgeschaltet ist, der entsprechend dem Ausgangssignal des Integrators (8) eine zeitlich verzögernde Verschiebung der Anstiegsflanken der Steuerimpulse (A ₁ bis F ₁) für die Thyristoren des Wechselrichters bewirkt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kürzeste Integrationszeit des Integrators (8) bereits bei 20% des Maximalwertes der Zwischenkreisspannung erreicht ist.