DE3110594C2

DE3110594C2 - Clamp connection for high-frequency coaxial cables

Info

Publication number: DE3110594C2
Application number: DE19813110594
Authority: DE
Inventors: Simon 8000 München Funk; Peter Klimunda; Mathias 8046 Garching Tettinger
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1981-03-18
Filing date: 1981-03-18
Publication date: 1983-01-20
Also published as: DE3110594A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstgeführten Wechselrichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Ein derartiger Wechselrichter ist aus der US-PS 39 80 941 bekannt.The invention relates to a self-commutated inverter according to the preamble of the claim. Such an inverter is off the US-PS 39 80 941 known.

Bei diesem Wechselrichter dient die Reihenschaltung der Diode und der Impedanz, die jeweils an den Gleichspannungsanschluß der zugehörigen Brückenhälfte angeschlossen ist, als Umladekreis. Der Umladekreis hat zum einen die Aufgabe, die Umladezeit der Kondensatoren vom Ladestrom unabhängig zu machen und damit einen Schwachlastbetrieb überhaupt erst zu ermöglichen. Zum anderen löst der Umladekreis die Aufgabe, den Umschwingstrom im Zeitpunkt des Nulldurchganges der Kondensatorspannung vom Kondensator hinweg in einen Nebenweg umzuleiten.In this inverter, the series connection of the diode and the Impedance, each connected to the DC voltage terminal of the associated Bridge half is connected, as a reloading circuit. The loading circle has on the one hand, the task of reloading the capacitors from the charging current to make it independent and thus a low-load operation in the first place to enable. On the other hand, the transshipment circle solves the task, the Oscillation current at the time of the zero crossing of the capacitor voltage divert away from the condenser into a bypass.

Hat der Wechselrichter jedoch einen Aufbau, wie er in Heumann/Stumpe "Thyristoren" 1969, BG. Teubner, Stuttgart, Seite 184 angegeben ist, d. h. einen durch einen Glättungskondensator zwischen den Gleichspannungsanschlüssen gewährleistenden Konstant-Spannungs-Eingang, so wird die zuvor genannte erste Aufgabe durch aus den Kommutierungskondensatoren und wechselspannungsseitig angeordnete Umschwing-Induktivitäten (Querdrosseln) gebildete Schwingkreise verlustfrei gelöst. Die zuvor erwähnte zweite Aufgabe wird dann durch die verlustfreie Abmagnetisierung der Drosseln über antiparallel zu jedem Hauptventilzweig geschaltete Rückstrom-Dioden auf die Gegenspannung des Glättungskondensators erledigt.However, if the inverter has a structure like the one in Heumann / Stumpe "Thyristors" 1969, BG. Teubner, Stuttgart, page 184 is given, i.e. H. one through a smoothing capacitor between the DC voltage connections guarantee constant voltage input, so the previously named first task by from the commutation capacitors and Reversing inductances (transverse chokes) arranged on the alternating voltage side formed resonant circles solved without loss. The second mentioned earlier The task is then due to the loss-free demagnetization of the chokes via reverse flow diodes connected in anti-parallel to each main valve branch done on the counter voltage of the smoothing capacitor.

Zur Begrenzung des Stromanstiegs ist es üblich und insbesondere bei Wechselrichtern größerer Leistung (> 3 MVA) auch zwingend notwendig, zusätzliche Drosseln vorzusehen. Diese Stromanstiegs-Begrenzungsdrosseln und sonstige parasitäre Induktivitäten in den Schaltkreisen des Wechselrichters bewirken jedoch während der Kommutierungsvorgänge durch ihre Abmagnetisierung eine Aufladung der Kommutierungskondensatoren bis auf etwa das Doppelte der den Wechselrichter speisenden Gleichspannung. Das hat zur Folge, daß die Kommutierungskondensatoren spannungsmäßig entsprechend hoch ausgelegt werden müssen. Auch die übrigen Leistungsteile des Wechselrichters sind derart zu bemessen. To limit the rise in current, it is common and especially at Inverters of higher power (> 3 MVA) also absolutely necessary, provide additional chokes. These current rise limiting reactors and other parasitic inductances in the inverter's circuitry cause, however, during the commutation processes by their Demagnetization means that the commutation capacitors are charged up to about that Double the DC voltage feeding the inverter. That has to The result is that the commutation capacitors are voltage-wise accordingly must be interpreted high. The other parts of the Inverters are to be dimensioned in this way.

Durch die Patents Abstracts of Japan, 23. Mai 1979, Vol. 3, Nr. 60, E 112 (Kokai-Nr. 54-38 523) ist es bekannt, zum Schutz vor außergewöhnlichen, an den Kommutierungskondensatoren eines mit Phasenfolgelöschung arbeitenden Wechselrichters mit Konstant-Strom-Eingang auftretenden Überspannungen über einen Schalter die Kondensatoren beider Brückenhälften in Reihe mit einer Diode und einem ohmschen Widerstand zu legen. Abgesehen davon, daß betriebsmäßige Überspannungen an den Kommutierungskondensatoren wegen des andersartigen Wechselrichtertyps nicht auftreten können, muß zur Betätigung des Schalters die Spannung an den Kommutierungskondensatoren erfaßt werden. Wegen der auftretenden Wärme, insbesondere bei Wechselrichtern größerer Leistung, ist die Bekämpfung der Überspannung durch den ohmschen Widerstand nicht sinnvoll möglich.Through the Patents Abstracts of Japan, May 23, 1979, Vol. 3, No. 60, E 112 (Kokai No. 54-38 523) it is known to protect against extraordinary, on the commutation capacitors one with phase sequence cancellation working inverter with constant current input occurring overvoltages the capacitors of both bridge halves in series with via a switch a diode and an ohmic resistor. Besides that operational overvoltages on the commutation capacitors due to of the different type of inverter cannot occur, must be used for Pressing the switch reduces the voltage on the commutation capacitors can be detected. Because of the heat generated, especially at Inverters of greater power, the fight against overvoltage not possible due to the ohmic resistance.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bei einem Wechselrichter mit Konstant-Spannungs- Eingang die Aufladung der Kommutierungskondensatoren auf einen gegenüber der Gleichspannung erhöhten Wert verlustarm und mit einfachen Mitteln zu verhindern.The invention is based on the object for a circuit arrangement of type mentioned at the beginning for an inverter with constant voltage Input the charge of the commutation capacitors to an increased compared to the DC voltage Prevent value with little loss and with simple means.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the claims marked features solved.

Vorteilhafterweise tritt der über die Spannung an dem Glättungskondensator hinausgehende Überschuß der Spannung an den Kommutierungskondensatoren nicht auf, weil die überschüssige Ladung über den durch die Dioden vorgegebenen Weg auf den Glättungskondensator abgeleitet wird. Der Leistungsteil des Wechselrichters kann dadurch in der spannungsmäßigen Auslegung niedriger bemessen werden, wobei der Aufwand für die zusätzlichen Bauteile gering ist. Auch fallen die Verluste durch die Impedanz gegenüber den übrigen Verlusten nicht ins Gewicht.Advantageously, this occurs via the voltage on the smoothing capacitor excess voltage on the commutation capacitors not on because the excess charge is on through the diodes predetermined path is derived on the smoothing capacitor. Of the The power section of the inverter can therefore be designed in terms of voltage be rated lower, with the effort for the additional Components is small. The losses due to the impedance also fall compared to the other losses do not matter.

Die Erfindung soll im folgenden für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben werden.The invention is intended in the following for an embodiment using the Drawing to be described.

In der Zeichnungsfigur ist das Prinzipschaltbild eines dreiphasigen selbstgeführten Wechselrichters dargestellt, der zwischen seinen Gleichstromanschlüssen einen Glättungskondensator C aufweist. Die wechselstromseitige Last ist zwischen den Anschlüssen U, V, W im Dreieck geschaltet. Der Wechselrichter kann z. B. als Blindstromrichter arbeiten, wobei zwischen den Anschlüssen U, V, W die Primärwicklungen eines Transformators zur Blindstromeinspeisung in ein Netz liegen.In the figure, the basic circuit diagram of a three-phase self-commutated inverter is shown, which has a smoothing capacitor C between its direct current connections. The AC-side load is connected between the connections U, V, W in a triangle. The inverter can e.g. B. work as a reactive power converter, with the primary windings of a transformer for reactive current feed into a network between the connections U, V, W.

Jeder der sechs Wechselrichterzweige weist ein Hauptventil (Thyristor) n 10 bis n 60 mit einer antiparallelen Rückstrom-Diode n 12 bis n 62 auf. In Reihe mit den Hauptventilen n 10 bis n 60 bzw. den Rückstrom-Dioden n 12 bis n 62 liegen jeweils den Stromanstieg begrenzende Drosseln i 11 bis i 61 bzw. i 12 bis i 62. Die Löschung der Hauptventile n 10 bis n 60 erfolgt über zwischen den Hauptventilzweigen angeordnete Kommutierungskondensatoren k 1 bis k 6 in bekannter Phasenfolgelöschung. Um zu verhindern, daß die Kommutierungskondensatoren k 1 bis k 6 bei Gegenspannung der Last sich entladen, sind Sperrdioden n 11 bis n 61 in Serie mit den Hauptventilen n 10 bis n 60 vorgesehen. Die Hauptventile n 10 bis n 60 werden von den antiparallelen Rückstrom-Dioden n 12 bis n 62 durch Querdrosseln i 14, i 34, i 54 entkoppelt, an deren Mittelanzapfung die Anschlüsse U, V, W für die wechselstromseitige Last angreifen.Each of the six inverter branches has a main valve (thyristor) n 10 to n 60 with an anti-parallel reverse current diode n 12 to n 62 . In series with the main valves n 10 to n 60 or the reverse flow diodes n 12 to n 62 are in each case the chokes i 11 to i 61 and i 12 to i 62 which limit the current rise. The main valves n 10 to n 60 are extinguished via commutation capacitors k 1 to k 6 arranged between the main valve branches in a known phase sequence extinction. In order to prevent the commutation capacitors k 1 to k 6 from discharging in the event of an opposing voltage of the load, blocking diodes n 11 to n 61 are provided in series with the main valves n 10 to n 60 . The main valves n 10 to n 60 are decoupled from the antiparallel reverse flow diodes n 12 to n 62 by cross chokes i 14 , i 34 , i 54 , whose center tap is connected to the connections U, V, W for the AC load.

Eine Kommutierung des Laststromes, z. B. vom Hauptventil n 10 auf das Hauptventil n 30, läuft dabei wie folgt ab:A commutation of the load current, e.g. B. from main valve n 10 to main valve n 30 , proceeds as follows:

Vor der Zündung des Hauptventils n 30 führen die Kommutierungskondensatoren k 1; k 3; k 5 der oberen Brückenhälfte die bei ihnen oben angeschriebene Polarität. Mit der Zündung des Hauptventils n 30 wird das Hauptventil n 10 gesperrt und der Laststrom geht auf den Zweig mit dem Hauptventil n 30 über. Dem Laststrom überlagert sich ein Schwingungsvorgang in dem Kreis Hauptventil n 30 - Stromanstiegs-Begrenzungsdrossel i 31 - Kondensator k 5 in Parallelschaltung mit den beiden Kondensatoren k 1 und k 3 - Sperrdiode n 11 - Querdrossel i 14 - Stromanstiegs-Begrenzungsdrossel i 12 - Rückstrom-Diode n 12 - Hauptventil n 30. Unter der Wirkung dieser Ströme wird der Kommutierungskondensator k 5 umgeladen, der Kommutierungskondensator k 1 von 0 auf den Wert der Gleichspannung aufgeladen und der Kommutierungskondensator k 3 vom Betrag der Gleichspannung auf 0 geladen.Before the ignition of the main valve n 30 , the commutation capacitors k 1 ; k 3 ; k 5 of the upper half of the bridge has the polarity written above for you. When the main valve n 30 is ignited, the main valve n 10 is blocked and the load current is transferred to the branch with the main valve n 30 . An oscillation process is superimposed on the load current in the circuit main valve n 30 - current increase limiting throttle i 31 - capacitor k 5 in parallel with the two capacitors k 1 and k 3 - blocking diode n 11 - transverse throttle i 14 - current increase limiting throttle i 12 - reverse current Diode n 12 - main valve n 30 . Under the effect of these currents, the commutation capacitor k 5 is recharged, the commutation capacitor k 1 is charged from 0 to the value of the direct voltage and the commutation capacitor k 3 is charged from the amount of the direct voltage to 0.

Die neuen Polaritäten der Kommutierungskondensatoren sind bei ihnen unten in Klammern angeschrieben.The new polarities of the commutation capacitors are below with them written in brackets.

Wenn die Spannung an dem Kommutierungskondensator k 5 (und der parallelliegenden Serienschaltung der Kommutierungskondensatoren k 1 und k 3) den Wert der Gleichspannung an dem Glättungskondensator C erreicht hat, ist der Verbindungspunkt der Sperrdiode n 11 mit der Querdrossel i 14 und der Stromanstiegs-Begrenzungsdrossel i 42 auf gleichem Potential wie die negative Elektrode des Glättungskondensators C; die Rückstrom-Diode n 42 wird leitend.When the voltage on the commutation capacitor k 5 (and the parallel series connection of the commutation capacitors k 1 and k 3 ) has reached the value of the DC voltage on the smoothing capacitor C , the connection point of the blocking diode n 11 with the transverse choke i 14 and the current rise limiting choke i 42 at the same potential as the negative electrode of the smoothing capacitor C ; the reverse current diode n 42 becomes conductive.

Ohne die Stromanstiegs-Begrenzungsdrosseln i 31 und i 42 und die parasitären Induktivitäten der betroffenen Schaltkreise würde in diesem Augenblick das Hauptventil n 30 stromlos, der Laststrom unverzögert auf den Zweig mit der Rückstrom-Diode n 42 übergehen und die Querdrossel i 14 ihre Energie über die Rückstrom-Dioden n 42 und n 12 an den Glättungskondensator C abgeben. Der Kommutierungskondensator k 5 mit der parallelgeschalteten Serienschaltung der Kommutierungskondensatoren k 1 und k 3 wäre damit auf den Betrag der Gleichspannung umgeladen.Without the current rise limiting chokes i 31 and i 42 and the parasitic inductances of the circuits concerned, the main valve n 30 would be de-energized at this moment, the load current would immediately transfer to the branch with the reverse current diode n 42 and the transverse choke i 14 would transfer its energy via the Return current diodes n 42 and n 12 to the smoothing capacitor C. The commutation capacitor k 5 with the series connection of the commutation capacitors k 1 and k 3 connected in parallel would thus be reloaded to the amount of the direct voltage.

Da die Stromanstiegs-Begrenzungsdrosseln i 31, i 42 mit Rücksicht auf die zulässige Stromanstiegsgeschwindigkeit mit einem bestimmten Wert vorhanden sein müssen, kann der Stromübergang auf den Zweig mit der Rückstrom-Diode n 42 nicht in der Zeit 0 stattfinden, so daß die Spannung der Kommutierungskondensatoren weiter, d. h. über die Gleichspannung hinaus ansteigt. Würde man die Spannung der Kommutierungskondensatoren auf diesem erhöhten Wert belassen, würden sich beim nächsten Kommutierungsvorgang in der betrachteten Kommutierungsgruppe infolge der erhöhten Anfangsspannung die Amplituden des genannten Schwingungsvorgangs proportional erhöhen, und das Ergebnis wäre eine weitere Erhöhung der Spannung der Kondensatoren.Since the current increase limiting chokes i 31 , i 42 must be present with a certain value in view of the permissible current increase rate, the current transfer to the branch with the reverse current diode n 42 cannot take place in time 0, so that the voltage of the commutation capacitors continues, ie rises above the DC voltage. If the voltage of the commutation capacitors were left at this increased value, the amplitudes of the oscillation process mentioned would increase proportionally during the next commutation process in the commutation group under consideration due to the increased initial voltage, and the result would be a further increase in the voltage of the capacitors.

Dieser Vorgang würde sich bei verlustlosen Schaltkreisen unbegrenzt fortsetzen; bei realen Kreisen kommt es zu einem neuen Gleichgewichtszustand bei etwa doppelter Gleichspannung. Um diese überflüssige und kostspielige Mehrbelastung zu vermeiden, muß der Überschuß der Kommutierungsenergie bis zur folgenden Kommutierung in der betrachteten Gruppe abgebaut werden. Dazu wird die überschüssige Energie möglichst verlustfrei an den Glättungskondensator C abgegeben, dessen Kapazität etwa das 10³fache beträgt. This process would continue indefinitely in lossless circuits; In real circles, a new state of equilibrium occurs at roughly twice the DC voltage. In order to avoid this superfluous and costly additional load, the excess commutation energy must be reduced until the next commutation in the group under consideration. For this purpose, the excess energy is delivered to the smoothing capacitor C with as little loss as possible, the capacity of which is approximately 10 ³ times.

Diesem Zweck dient die Verbindung der drei Dreieckpunkte einer Brückenhälfte, an die die Kommutierungskondensatoren angeschlossen sind, über eine Reihenschaltung einer Diode n 13 bis n 63 und einer ohm'sch-induktiven Impedanz r 13, i 13 bzw. r 43, i 43 mit dem Gleichspannungsanschluß der anderen Brückenhälfte. Im zuvor betrachteten Fall folgt die Abgabe der überschüssigen Energie in dem Kreis, der durch den Kommutierungskondensator k 5 und der parallelliegenden Reihenschaltung der Kommutierungskondensatoren k 1 und k 3, die Stromanstiegs- Begrenzungsdrossel i 31, das Hauptventil n 30, den Glättungskondensator C, die Impedanz r 13, i 13 und die Diode n 13 gebildet ist.This is the purpose of connecting the three triangular points of one half of the bridge, to which the commutation capacitors are connected, via a series connection of a diode n 13 to n 63 and an ohmic-inductive impedance r 13 , i 13 or r 43 , i 43 with the DC voltage connection of the other half of the bridge. In the case considered above, the excess energy is released in the circuit created by the commutation capacitor k 5 and the parallel series connection of the commutation capacitors k 1 and k 3 , the current increase limiting choke i 31 , the main valve n 30 , the smoothing capacitor C , the impedance r 13 , i 13 and the diode n 13 is formed.

Daß das Hauptventil n 13 dabei in Sperrichtung durchflossen wird, ist kein Widerspruch, weil dieses nach einer kurzen stromlosen Pause den wesentlich größeren Laststrom der Phase V übernimmt und von diesem leitend gehalten wird; außerdem steht ein paralleler Pfad über die Sperrdiode n 31, die Querdrossel i 34, die Stromanstiegs-Begrenzungsdrossel i 32 und die Rückstrom- Diode n 32 offen.The fact that the main valve n 13 is flown through in the reverse direction is not a contradiction, because after a short pause without current it takes over the much larger load current of phase V and is kept conductive by this; In addition, a parallel path is open via the blocking diode n 31 , the transverse inductor i 34 , the current rise limiting inductor i 32 and the reverse current diode n 32 .

Wegen des Einsatzes möglichst weniger Bauelemente ist jeweils eine gemeinsame Impedanz (bestehend aus dem ohmschen Widerstand r 13 und der Induktivität i 13 bzw. dem weiteren ohmschen Widerstand r 43 und der weiteren Induktivität i 43) für alle in gleiche Richtung zu einem Gleichspannungsanschluß gepolte Dioden, also n 13, n 33, n 53 bzw. n 23, n 43, n 63 angeordnet.Due to the use of as few components as possible, a common impedance (consisting of the ohmic resistance r 13 and the inductance i 13 or the further ohmic resistance r 43 and the further inductance i 43 ) is required for all diodes polarized in the same direction to a DC voltage connection, thus n 13 , n 33 , n 53 or n 23 , n 43 , n 63 are arranged.

Die mit den Dioden n 13, n 33, n 53 bzw. n 43, n 63, n 23 in Reihe geschalteten Impedanzen r 13, i 13 bzw. r 43, i 43 sind notwendig, weil ohne sie der Laststrom nicht schnell genug auf die Rückstrom-Dioden n 12 bis n 62kommutiert, sondern vorübergehend über die Dioden n 13, n 11; n 33, n 31; n 53, n 51 bzw. n 43, n 41; n 63, n 61; n 23, n 21 fließt. The impedances r 13 , i 13 and r 43 , i 43 connected in series with the diodes n 13 , n 33 , n 53 or n 43 , n 63 , n 23 are necessary because without them the load current does not rise quickly enough the reverse current diodes n 12 to n 62 commutated, but temporarily via the diodes n 13 , n 11 ; n 33 , n 31 ; n 53 , n 51 and n 43 , n 41 , respectively; n 63 , n 61 ; n 23 , n 21 flows.

Claims

Self-commutated inverter in three-phase bridge circuit, which has commutation capacitors connected in a triangle for the purpose of phase sequence deletion, with each triangular point between a main valve and a blocking diode of a half bridge being connected to a main valve branch and each of the triangular points of a half bridge via the series connection of a diode and an ohmic one -inductive impedance is connected to one of the DC voltage connections feeding the inverter, characterized in that in the case of an inverter which has a constant voltage input ensured by a smoothing capacitor (C) between the DC voltage connections, reverse current diodes (n 12 , n 22 ... n 62 ) anti-parallel to each main valve branch (n 10 , n 20 ... N 60 ), reversing inductances (i 14 , i 34 , i 54 ) arranged on the alternating voltage side and throttles (i 11 . . i 61 ; i 12 ... i 62) for power input bend limitation, for operational demagnetization of the chokes (i 11 . . . i 61 ; i 12 . . . i 62 ) each of the triangular points of a bridge half via the series connection of the diode (n 13 , n 23 ... n 63 ) and the ohmic-inductive impedance (r 13 , i 13 ; r 43 , i 34 ) to the DC voltage connection of the the other half of the bridge is permanently connected.