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Selbstregelnde Zündimpulsbildung für einen
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Wechselrichter mit Summenlöschkreis Beschreibung Die Erfindung bezieht
sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige
Schaltungsanordnung ist durch die DE-OS 30 38 230 bekannt.
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In der Fig. 1 ist ein Wechselrichter WR in der erwähnten Schaltung
gezeigt. Ein aus einer nicht dargestellten Quelle (z.B. einen Netzstromrichter)
über eine Glättungsdrossel L 1 mit einer variablen Zwischenkreisspannung UD gespeister
Kondensator C1 stellt die den Wechselrichter WR speisende variable Gleichspannungsquelle
dar. Der Wechselrichter WR besteht in seinem Leistungsteil aus sechs Hauptthyristoren
V 6 bis V 11 sowie diesen antiparallel~geschalteten Freilaufdioden V 12 bis V 17
in Drehstrom-Brückenschaltung mit den Ausgangsklemmen U, V, W, an die eine nicht
dargestellte Last angeschlossen sein kann. Die Antiparallelschaltung von Hauptthyristor
und Freilaufdiode ist jeweils mit einem R-C-Glied in üblicher Weise beschaltet.
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Die Kommutierungseinrichtung für den Wechselrichter besteht aus einem
Summenlöschkreis. Dieser ist durch die Reihenschaltung eines ersten Löschthyristors
V 1 mit einem zweiten Löschthyristor V 2 zwischen den Polen der Gleichspannungsquelle,
einem Serienschwingkreis aus einer Drosselspule L 2 und einem Löschkondensator C
2 zwischen
der Verbindung der beiden Löschthyristoren V 1, V 2 miteinander
und dem einen Pol der Gleichspannungsquelle sowie einem Nachladeanschluß aus einer
Hilfsspannungsquelle UH über einen Widerstand R 1 zwischen der Drosset spule L 2
und dem Kondensator C 2 gebildet.
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Zusätzlich ist ein Entkopplungs-Thyristor V 3 mit antiparallelgeschalteter
Diode V 4 vorgesehen, durch den die Gleichspannungsquelle vom Wechselrichter vor
der Löschung der Hauptthyristoren V 6 bis V 11 abtrennbar ist.
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Für die Kommutierung beim Wechselrichter WR wird durch Zünden des
zweiten Löschthyristors V 2 der Schwingkreis mit dem Löschkondensator C 2 und der
Drosselspule L 2 angeregt, so daß dessen Umschwingvorgang den zuvor leitenden Entkopplungs-Thyristor
V 3 sperrt. Zu diesem Zeitpunkt fließt über den Löschthyristor V 2 ein Strom 1V2
Nach Ablauf der Schonzeit des zweiten Löschthyristors V 2, erfolgt durch Zünden
des ersten Löschthyristors V 1 ein erneuter Umschwingvorgang, dessen Strom über
die Freilaufdioden V 12 bis V 17 fließt und damit die leitenden Hauptthyristoren
V 6 bis V 11 des Wechselrichters WR sperrt. Zu diesem Zeitpunkt fließt über den
ersten Löschthyristor V 1 ein Strom IV1. Nach Ablauf des zuvor geschilderten gesamten
Umschwingvorgangs besitzt der Löschkondensator C 2 wieder die gleiche Polarität
wie zu Beginn des Löschvorgangs. Die Verluste während der Löschphase werden aus
der Hilfsspannungsquelle UH gedeckt.
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Ist am Ausgang des Wectselrichters WR an den Klemmen U, V, W sonstiger
ein Motor oder einrVerbraucher mit induktivem Verhalten angeschlossen, so fließt
während der zuvor geschilderten Löschphase ein Blindstrom über die antiparallelen
Freilaufdioden V 12 bis V 17 im Wechselrichterteil zum Konden-
sator
C 1 und über die (Blindstrom-) Diode V 4 zurück zur Last.
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Dieser Vorgang bedingt u.a., daß das Potential über der Wechseirichterschiene
festliegt und damit auch zwischen der Anodenseite des Entkopplungs-Thyristors V
3 und dem Pluspotential des Kondensators C 1.
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Dieser Betriebspunkt ändert sich jedoch sehr stark, wenn der Wechselrichter
WR im Leerlauf betrieben wird, d.h.
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wenn keine Last an den Klemmen U, V, W angeschlossen ist.
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Zu diesem Zeitpunkt, d.h. während der Löschung des Entkopplungs-Thyristors
V 3 und der anstehenden Schonzeit des zweiten Löschthyristors V 2 kann sich bedingt
durch die Restladungen an den Beschaltungskondensatoren C im Wechselrichter WR eine
parasitäre Spannung aufbauen. Addiert sich diese Spannung noch zu der anliegenden
Spannung am Löschkondensator C 2, so kann die resultierende Spannung die maximale
Sperrspannung des ersten Löschthyristors V 1 übersteigen.
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Die Erfindung bezweckt eine definierte Zündimpulsbildung zur Verminderung
der Sperrspannungsbelastung der Löschthyristoren im Summenlöschkreis.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, während der Löschphase
unabhängig von der Belastung des Wechselrichters die treibende Wechselrichterspannung
definiert zu führen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung für die Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
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Durch die Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird auf der Grundlage
der Erfassung der Stromflußdauer durch die Löschthyristoren V 1 und V 2 eine Ansteuerung
der Hauptthyristoren im Wechselrichter vorgenommen, die ein Festhalten der Wechselrichterspannung
erzwingt. Damit ist der Einsatz von Thyristoren mit der gleichen (kleinen) Sperrspannung
wie im Wechselrichter kostenersparend möglich.
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Durch das Rücksetzen der monostabilen Zeitstufe wird die Ansteuerung
der Hauptthyristoren und des Entkopplungs-Thyristors nach dem Ende der Löschphase
freigegeben. Das hat zur Folge, daß der maximale Spannungsverlust im Ausgangsblock
der verketteten Wechselrichterspannung während der Löschphase, der bedingt durch
die Summenlöschung alle 0 60 ei. auftritt, sich auf ein Minimum reduziert. Zusätzlich
entfällt wegen der selbstregelnden Zündimpulsbildung der Aufwand an Abgleicharbeiten
zur Sicherstellung einer Mindestzeit für den gesamten Löschvorgang.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet. Bestehen die sättigbaren Stufendrosseln zur Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindig
keit bei den beiden Löschthyristoren aus mehreren Hyperox-Scheiben, wird die Einrichtung
zur Erfassung des Spannungshubs infolge des Recovery-Stromabrisses aus 1 + n Drahtwindungen,
die durch die Scheiben gewickelt sind, auf vorteilhafte Weise gebildet.
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Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels erläutert werden.
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Es zeigen
Fig. 1, Fig. 2 die Schaltungsanordnung nach
der Erfindung und Fig. 3 ein Strom- und Impulsdiagramm beim Betrieb der in den Fig.
1 und 2 dargestellten Schaltung.
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Gemäß Fig. 1 wird zur Realisierung der Erfindung die Stromflußdauer
durch die beiden Löschthyristoren V 1, V 2 im eingangs beschriebenen Summenlöschkreis
für den Wechselrichter WR durch zwei Einrichtungen L 3, L 4 erfaßt.
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Dazu dienen zwei ohnehin den beiden Löschthyristoren zur Begrenzung
der Stromanstiegsgeschwindigkeit vorgeschaltete Stufendrosseln. Auf die Stufendrosseln
sind mehrere Windungen einer Leseschleife als Sekundärwicklung aufgewickelt. Das
Ende der Stromflußdauer in den Löschthyristoren V 1, V 2 wird durch den Recovery-Stromabriß
und den damit in den Stufendrosseln erzeugten Spannungshub über die Lesewicklung
potentialfrei zur Verfügung gestellt. Die Lesewicklungen der Einrichtungen zur Erfassung
der Stromflußdauer L 3, L 4 sind über Filter F 1, F 2 an die Eingänge zweier Komparatoren
K 1, K 2 gelegt.
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Der Ausgang des Komparators K 1, an dessen Ausgang ein Signal entsprechend
der Stromflußdauer durch den ersten Löschthyristor V 1 liegt, ist mit dem einen
Eingang eines UND-Gliedes U 1 verbunden. Auf den anderen Eingang des UND-Gliedes
U 1 werden die negierten Zündsignale des ersten Löschthyristors V 1 gegeben. In
gleicher Weise ist der Ausgang des Komparators K 2, der die Stromflußdauer durch
den zweiten Löschthyristor V 2 signalisiert, an den einen Eingang eines weiteren
UND-Gliedes U 2 angeschlossen. Am negierten anderen Eingang des UND-gliedes U 2
liegen die Zündimpulse für den Löschthyristor V 2. Die beiden UND-Glieder U 1, U
2 bewirken
damit, wie anhand der weiteren Schaltung noch erläutert
wird, daß während der Zündung der Löschthyristoren V 1, V 2 keine Abgabe von Fehlimpulsen
erfolgt. Die UND-Glieder wirken damit als Ausblendstufe.
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Der weitere Aufbau der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist
aus Fig. 2 ersichtlich. Mit ZV sind Zündverstärker für die Zündimpulse der Hauptthyristoren
V 6 bis V 11, für die beiden Löschthyristoren V 1 und V 2 sowie den Entkopplungs-Thyristor
V 3 bezeichnet. Den Zündverstärkern ZV für die Hauptthyristoren V 6 bis V 11 des
Wechselrichters sind Impulsverarbeitungsstufen IV vorgeschaltet, die als ODER-Glieder
mit vorbereitendem UND-Eingang ausgebildet sind. Die Impulsverarbeitungsstufen IV
werden zyklisch über einen durch ein Taktsignal TS gesteuerten Ringzähler RZ angesteuert.
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Neben den Ausgängen des Ringzählers RZ ist an die vorbereitenden UND-Stufen
der Impulsverarbeitungsstufen IV der Ausgang eines NOR-Gliedes angeschlossen. Der
Ausgang dieses NOR-Gliedes stellt direkt die Zündimpulse für den Entkopplungs-Thyristor
V 3 bereit. Eingangsseitig liegt an dem NOR-Glied ein Schonzeitsignal SZ 1 für den
ersten Löschthyristor V 1, das in üblicher Weise bereitgestellt wird. An den anderen
Eingang des NOR-Gliedes ist der Ausgang einer monostabilen Zeitstufe MZ gelegt.
Diese monostabile Zeitstufe MZ läuft als Schutzzeit für den ersten Löschthyristor
V % ist also mit dem negierten Zündsignal für den Löschthyristor V 2 beaufschlagt.
Eine Rücksetzung der monostabilen Zeitstufe MZ erfolgt durch das Ausgangssignal
RV 1 des ersten UND-Gliedes U 1 am Ende des Löschvorganges.
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Den Impulsverarbeitungsstufen IV ist ferner ein Signal SPH direkt
zugeführt, das ein Speicher SP bereitstellt.
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Der Speicher SP wird durch das Ausgangs signal RV 2 des zweiten UND-Gliedes
U 2 gesetzt und durch die Zündimpulse für den ersten Löschthyristor V 1 zurückgesetzt.
Der Speicher SP bewirkt damit eine Zündung der Hauptthyristoren V 6 bis V 11 während
der Schonzeit des Löschthyristors V 2.
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Die Wirkungsweise der zuvor beschriebenen, in den Fig. 1 und 2 dargestellten
Schaltungsanordnung ist anhand des Impulsdiagramms der Fig. 3 erkennbar.
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Dazu wird zunächst davon ausgegangen, daß entsprechend einem bestimmten
Betriebszustand des Wechselrichters WR bestimmte Hauptthyristoren V 6 bis V 11 gezündet
sind.
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Durch Zünden des Entkopplungs-Thyristors V 3 wird der Wechselrichter
WR von der Gleichspannungsquelle UD getrennt. Gemäß Fig. 3 beginnt nach der Zündphase
des Entkopplungs-Thyristors V 3 durch Zünden des zweiten Löschthyristors V 2 die
Löschphase, wobei gleichzeitig die Schonzeit SZ 1 für den ersten Löschthyristor
V 1 anfängt.
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Über den zweiten Löschthyristor fließt ein Strom IV2 entsprechend
dem Umschwingvorgang des Serienschwingkreises aus Löschkondensator C 2 und Drosselspule
L 2.
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Mit Beendigung des Stromflusses durch den Löschthyristor V 2 wird
über die Einrichtung L 4 das Stromflußende durch Erfassen des Recovery-Stromabrisses
signalisiert, was über das UND-Glied U 2 zum Signal RV 2 führt. Durch dieses wird
der Speicher SP gesetzt, so daß er das Signal SPH an die Impulsverarbeitungsstufen
IV abgibt. Damit wird während der Schonzeit SZ 2 des Löschthyristors V 2 eine Zündung
der zyklisch in Frage kommenden Hauptthyristoren V 6 bis V 11 bewirkt. Hierdurch
erzwingt man das Festhalten der Wechselrichterspannung auf einen definierten
Wert,
so daß die Sperrspannungsbeanspruchung der Löschthyristoren gering gehalten werden
kann.
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Bei Beendigung der Schonzeit SZ 1 für den Löschthyristor V 2 wird
der Löschthyristor V 1 gezündet, so daß ein Rückschwingen des Serienschwingkreises
aus Löschkondensator C 2 und Drosselspule L 2 erfolgt. Das bedeutet hinsichtlich
der stromführenden Hauptthyristoren V 6 bis V 11 des Wechselrichters WR, daß der
Strom auf die Freilaufdioden V 12 bis V 17 kommutiert. Es tritt eine Summenlöschung
der bisher leitenden Wechselrichterthyristoren auf. Durch Zünden des ersten Löschthyristors
V 1 wird gleichzeitig der Speich9 SP zurückgesetzt, die Impulsverarbeitungsstufen
IV geben damit keine Zündimpulse an die Zündimpulsverstärker ZV ab und es fließt
ein Strom IVl durch den ersten Löschthyristor V 1. Bei Beendigung des Stromflusses
gibt, da der Löschthyristor V 1 dann nicht mehr gezündet ist, das erste UND-Glied
U 1 das Signal RV 1 ab. Die monostabile Zeitstufe MZ, die durch Zünden des zweiten
Löschthyristors V 2 eingeschaltet wurde, wird zurückgesetzt und gibt damit die Ansteuerung
der Hauptthyristoren V 6 bis V 11 nach dem Ende der Löschphase wieder frei. Ein
erneuter Zyklus durch Zünden des Entkopplungs-Thyristors V 3 kann nun beginnen.
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