DE3043060A1 - Selbstgefuehrter wechselrichter, insbesondere zum betrieb von asynchronmaschinen - Google Patents

Description

• Die Brfindung geht aus von einem selbstgeführten Wechsel-
• richter, wie er dem Oberbegriff des Anspruches 1 entnehmbar ist und der eine Schaltung nach der Hauptpatentanmeldung P 29 29 566. 7 zugrunde liegt. Diese Grundschaltung ist speziel für den Betrieb mit eingeprägtem Gleichstrom entwickelt worden und zeichnet sich durch herabgesetzten Kommutierungs-Eondensatoraufwand aus.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Grund- +) auch für den Betrieb mit eingeprägter Spannung verwendbar zu machen. Dabei ist davon auszugehen, daß auch bei den bekannten Umrichterausführungen mit Spannungseinprägung -vgl. z. B. wissenschafliche Berichte AEG-TELEFUNKEN 51 (1978), Seiten 77 bis 84 "Ein Pulswechselrichter mit sanfter Eommutierung" - der Kondensatoraufwand bisher beträcht-+) schaltung lich war.
• Für einen Wechselrichter der eingangs bezeichneten Art wird die gestellte Auf gabe gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Dabei weisen zweckmäßig die Umschwenkdioden jeweils gleiche Durchlaufrichtung wie die zugeordneten Verteilerdioden auf und sind mit Drosselspulen geringer Induktivität, vorzugsweise Luftdrosselspulen in Reihe geschaltet.
• An Hand eines schematischen Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.
• Es zeigen: Fig. 1 eine Ltiechselrichter-Schaltung für den Betrieb mit eingeprägter Spannung, Fig. 2 ein dazugehöriges Zündimpulsdiagramm.
• In Fig. 1 sind mit 1 bis 6 die löschbaren Ventile (Thyristoren) einer Dreiphasenbrücke 7 bezeichnet, die von einer Gleichspannungsquelle 8 mit eingeprägter Gleichspannung versorgt wird. Die Dreiphasenbrücke 7 zerlegt die Gleichspannung in Spannungszeitflächen (je 1200) und führt diese phasengerecht einer Drehstromlast, z.B. einem Drehstromasynchrommotor 10 zu. Verwendbar ist die Schaltung zum Beispiel für die Speisung von Drehstromantriebsmotoren auf Fahrzeugen oder zur Speisung von Drehstromhilfsmotoren für Lüfter oder Kompressoren u.s.w.. Dementsprechend muß allein der Umrichter ausgelegt sein. Als Gleichspannungsquelle 8 kann sowohl eine Batterie als auch der Gleichspannungszwischenkreis eines Uhlrichters angesehen werden. Mit 11 und 12 sind zwei Gruppen von Verteilerdioden 11a bis 11c und 12a bis 12c bezeichnet, die jeweils in Stern geschaltet sind, wobei die Sternpunkte über Löschthyristoren 14 und 15 sowie eine Schutzdrossel 16 mit zwei Koinmutierungskondensatoren 17 und 18 verbunden sind0 Die beiden Kommutierungskondensatoren liegen in Reihe, wobei der Kommutierungskondensator 17 der Gruppe 11 und den Ventilen 1, 3, 5und der Kommutierungskondensator 18 der Gruppe 12 und den Ventilen 4, 6, 2 zugeordnet ist. Die äußeren Anschlüsse der Kommutierungskondensatoren 17 und 18 sind über zwei weitere Löschthyristoren 19 und 20 mit der Gleichspannungsquelle 8 verbunden. Eine Vorladung der Kommutierungskondensatoren 17 und 18 kann über zwei Vorladedioden 21 und 22 erfolgen, die an einen Vorladekreis 23 angeschlossen sind. Neu hinzugekommen sind zwei Umladedioden 25 und 26, die in verschiedenen Freilaufkreisen angeordnet sindund mit zugeordneten kleinen Luftdrosseln 27 und 28 in Reihe liegen. Sie sind jeweils an die Sternp>nkte der Verteilerdiodengruppen 11 und 12 geschaltet und haben jeweils die gleich Durchlaufrichtung. Mft 29 ist noch ein relativ großer Stützkondensator benannt, der der Gleichspannungsquelle 8 parallel geschaltet ist.
• Zur Funktion der Schaltung: Zunächst sei angenomaen,die Kommutierungskondensatoren 17 und 18 sind entsprechend der klammerlosen Polarität vom Vorladekreis 23 aufgeladen. Ferner seien zur Zeit die Ventile 1 und 2 gezündet, die anderen gesperrt, Damit liegt die eingeprägte Spannungzeitfläche an den Phasen R und T der Maschine 10. Bevor Ventil 3 gezündet werden kann,muß muß Ventil 1 gelöscht werden. Das gschiehtvgl. auch Fig. 2 (Zündimpulse Zeile 7)mittels Zünden der Löschthyristoren 14 und 19 und durch den Entladestrom des in der klammerlosen Polarität aufgeladenen Kommutierungskondensators 17.
• Der Entlade- und Löschstrom über die Elemente 16, 14, 11a, 1 und 19 sperrt das Ventil 1. Nun wird Ventil 3 (vergleichlich Fig. 2 Zeile 3) gezündet und die Spannungszeitfläche steht an den Phasen S und T an. Um sicherzustellen, daß nicht das Ventil 2 aus Lastgründen/bereits in den Löschzustand übergegangen ist und aus diesem Grunde ein Stromfluß nicht zustande kommt, sind die Zündimpulse jeweils als Doppel-Folge impulse mit 60°- Zeitversatz ausgebildet (vgl. Figur 2). D. h. Ventil 3 erhalt hier seinen ersten und Ventil 2 nochmals seinen zweiten Zündimpuls innerhalb des jeweiligen Doppel - Folgeimpulses.
• Will man nun das Ventil 2 ausschalten, geschieht gleiches durch Zünden der Löschthyristoren 15 und 20. Die Zündimpulse hierfür sind in Zeile 8 der Figur 2 dargestellt. Auch sie sind zeitvariabel verschiebbar. Der inzwischen in die Klammerpolarität umgeladene Kommutierungskondensator 18 entlädtsich dabei über folgenden Pfad: 20, 2, 12a, 15, 16 und löscht Ventil 2. Es folgen in analoger Weise das Zünden von Ventil 4, Löschen von Ventil 3, Zünden von Ventil 5, Löschen von Ventil 4 und Zünden von Ventil 6. über die Vorladedioden 21, 22 sinddie Kommutierungskondensatoren 17 und 18 gekoppelt und es steht für die Löschvorgänge jeweils doppelte Ladung zur Verfügung. Ein Löschen und Schalten des Wechselrichters erfolgt zum Beispiel für rechtsdrehenden Motorlauf in der Reihenfolge der natürlichen Zahlen der Bezugszeichen für die Ventile mit frei vorgebbarer Frequenz (bis circa 200 Hz), wobei die Ventile 1, 3, 5 vom Kommutierungskondensator 17 und die Ventile 2, 4, 6 vom Kommutierungskondensator 18 bedient werden. Der Vorgang kann auch in umgekehrter Folge, nämlich 6, 5, 4, 3, 2, 1 für Linkslauf des It.Fotors 10 erfolgen.
• Durch die Aesonderheit und Einfachheit der Schaltung (Kopplung der Komruut ierungskondens ai;oren 17 und 18 über die Vorladedioden 21 und 22) kann jedoch stets nur abwechselnd ein Ventil in der oberen und dann wieder eines in der unteren Brückenhälfte gelöscht werden. Das reicht im allge- meinen aus. Wesentlich ist jedoch die Sicherstellung der Umladung der Kommutierungskondensatoren 17 und 18. Diese Umladung erfolgt einerseits bereits über den jeweiligen Löschstrom der Ventile und auch fortlaufend über die Last, jedoch um eine Lastunabhängigkeit für Leerlauf- und Schaltbetrieb zu erreichen, sind zusätzlich über die Umladedioden 25 und 26 Freilaufkreise geschaffen.
• Für den Zeitpunkt nach der Löschung von Ventil 1 ergibt sich dabei folgende Situation: Der Umladevorgang des Kondensators 17 ist durch den Löschstrom und gegebenenfalls auch durch einen weitergetriebenen Laststrom über die Elemente 19, 17, 16, 11a, 10, 2 noch nicht abgeschlossen. Er kann und wird jedoch rechtzeitig beendet werden durch den Freilaufkreis über die Elemente 19, 17, 16, 14, 11, 12, 27, 25. Der Kommutierungskondensator 17 nimmt dabei die in Klammern gesetzte Polarität an. Der über die Dioden 21 und 22 gekoppelte und parallel geschaltete Kommutierungskondensator 18 wird ebenfalls auf die in Klammern gesetzte Polarität umgeladen. Er steht dann für die nachfolgende, schon beschriebene Löschung des Ventils 2 zur Verfüllung.
• Danach erfolgt dann wieder eine Umladung der beiden Rommutierungskondensatoren 17 und 18 u.s.w.. Durch den Einsatz der Umladedioden 25, 26 wird somit ein schnelles, stets ausreichendes Aufladen für den anschlieSenden Kommutierungsvorgang erzielt. Der Freilauf bewirkt ferner, daß man nicht unmittelbar die nächste Phase einschalten (zünden) muß, weil der Strom praktisch weiterfließt. Das eröffnet vorteilhaft die Möglichkeit einer Spannungszeitflächensteuerung, d.h. der Wechelrichter braucht nicht mit voll.en 1200 Spannungsblöcken betrieben werden. Die durchgeschalteten Spannungszeitflächen können durch geeignete Ansteuerlogik etwas verkleinert werden. Das kann durch zeit verzögertes Zünden der Löschthyristorenpaare 14, 19 b zieiiungswe 5se 1), 20 (in Fig. 2 angedeutet) erfolgen. Die zugehörigen zu löschen- den Ventile 1 bis 6 erlöschen dann jeweils am Ende des Spannungszeitflächenblockes/ wodurch dieser verkürtt wird.
• Durch zusätzliche zeitwverzögerte Zündung der zugeordneten Ventile 1 bis 6 entsteht eine echte Blocklücke. Damit ergibt sich eine einfache und vorteilhafte Stellmöglichkeit um bei größeren Schwankungen auf der Gleichspannungs - Eingangsseite des Wechselrichters (bei Bahnanwendungen z.B.
• +20 % bis -15 % zugelassen) die Spannung am Wechselrichterausgang ungefähr konstant aushalten.
• Figur 2 stellt nur eine von prinzipiellen Ansteuermöglichkeiten der in Figur 1 dargestellten Schaltung dar.

Claims (2)

1. Patentansprüche 1.)Selbstgeführter Wechelrichter unter Verwendung einer löschbaren Drehstrombrücke, von Verteilerdioden und zugeordneten Kommutierungskondensatoren sowie folgenden Merkmalen - den löschbaren Ventilen der oberen Drehstrombrükkenhälfte sowie den löschbaren Ventilen der unteren Drehstrombrückenhälfte sind je ein Kommutierungskondensator für Gruppenlöschung zugeordnet, - der eine Kommutierungskondensator ist über einen Löschthyristor mit dem einen Pol einer Gleichspannungsquelle und der andere Kommutierungskondensator ist über einen weiteren Löschthyristor mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden, - es sind zwei Gruppen von Verteilerdioden in Sternsohaltung voresehen, die in sich gleichsinnig parallel und gruppenmäßig zueinander antiparallel an die Motorphasen angeschlo.;sen sind und die mit ihren Sternpunkten iiber je einen weiteren Lö.sch- thyristor mit dem jeweils noch freien Anschluß des zugeordneten Kommutierungskondensators verbunden sind, nach Patent ......... Patentanmeldung P 29 29 566, dadurch gekennzeichnet, daß von den Sternpunkten der Verteilerdioden (lla bis c und 12a bis c) je ein zusätzlicher Freilaufkreis mit Umschwingdioden (26, 25) an die beiden Pole (+, -) der Gleichspannungsquelle (8) geführt ist.
2. 2. Selbstgeführter Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschwingdioden (25, 26) jeweils gleiche Durchlaufrichtung wie die zugeordneten Verteilerdioden (12a bis c, ila bis c) aufweisen und mit Drosselspulen geringer Induktivität, vorzugsweise Luftdrosselspulen (27, 28) in Reihe geschaltet sind.