DE3310558A1

DE3310558A1 - Wechselrichter mit thyristoren

Info

Publication number: DE3310558A1
Application number: DE19833310558
Authority: DE
Inventors: Rudi 6200 Wiesbaden Redmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-03-23
Filing date: 1983-03-23
Publication date: 1984-10-11

Description

WECHSELRICHTER MIT THYRISTOREN
Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter mit Thyristoren, die in Serie geschaltet sind so dass die Anode des ersten Thyristors mit der Kathode des der Anode folgenden zweiten Thyristors verbunden ist und dass dazu parallel geschaltete Betriebskondensatoren mit den Thyristoren eine Brücke bilden, in deren Diagonalzweig ein Ausgangstransformator angeordnet ist.
In Wechselrichtern der bezeichneten Art müssen die Thyristoren mit einem RC-Glied überbrückt sein, das als Schutzbeschaltung zu hohe zeitliche Spannungsänderungen dU/dt beim übergang der Thyristoren vom nichtleitenden in den leitenden Zustand und damit eine ungewollte Einscha-ltung des jeweils stromlosen Thyristors verhindert.
Zur Erläuterung zeigt Fig.1 die Schutzbeschaltungen R1-C1, R2-C2 über den (rückleitenden) Thyristoren Thl,Th2, die den Ausgangstransformator At beaufschlagen.
Bei diesen bekannten Anordnungen besteht der Nachteil, dass die Schutzbeschaltungen R1-C1, R2-C2 zur Verarbeitung der anstehenden Leistungen sehr geringe Widerstandswerte aufweisen müssen. Das aber führt zu Verlustleistungen, die bei Schaltfrequenzen von mehreren Kilohertz in die Grössenordnung der Nutzleistung kommen können.
Um dies e n Verlust zu verringern werden beipielweise Drosseln D1, D 2 verwendet, die aber einerseits einen erheblichen Aufwand darstellen, und, weil sie selbst Ursache von Verlustleistungen sind, diese nicht nennenswert vermindern können.
Ein weitere Nachteil besteht darin, das bei steilen Spannungsänderungen die ungewollte Einschaltung des stromlosen Thyristors derart schnell erfolgt, dass im Schaltkreis vorgesehene Sicherungen nicht folgen können.
Dadurch fällt die gesamte Leistung der Gleichstromspeisung der Anordnung über den Thyristoren ab, was die sofortige Zerstörung des Thyristors nach sich ziehen kann.
Die Vermeidung dieser Nachteile hat sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht.
Sie löst diese Aufgabe dadurch, dass die Primärwicklung des Ausgangstranformators bifilar ausgebildet ist, wobei die an den Betriebskondensatoren liegenden Wicklungsenden zusammengschaltet und die an den Thyristoren liegenden Wicklungsenden zwischen die Kathode des ersten und die Anode des der Kathode folgenden zweiten Thyristors geschaltet sind.
Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass nunmehr die Spannung am jeweils ausgeschalteten Thyristor durch die Selbstinduktion der nicht vom Betriebsstrom durchflossenen Bifilarwicklung sehr langsam ansteigt, sodass die in der Schutzbeschaltung des ausgeschalteten Thyristors umgesetzte Leistung durch entsprechende Dimensionierung der Bauteile wesentlich verringert werden kann.
Da der Strom für die Schutzbeschaltung die Thyristoren durchfliesst, können auch Thyristoren mit geringeren Grenzbelastungen verwendet werden.
Vor allem ist aber die Gefahr von Kurzschlüssen vermieden, die dadurch entstehen, dass beide Thyristoren gleichzeitig auf Durchlass geschaltet sind. Dies war bisher eine häufige Ursache für Zerstörungen der bekannten Anordnungen.
Falls ein solcher Betriebsfall, beispielsweise bei sehr hohen Schaltfolgen, trotz alledem eintritt, ist nunmehr der Stromzuwachs über den Thyristoren so langsam, dass Sicherungen ohne weiteres ansprechen.
Darüberhinaus wirkt die Bifilarwicklung im Kurzschlussfalle als Drossel, weil dann der Kurzschlusstrom die Spulen in Reihe durchfliesst, so dass eine hohe Induktivität erreicht wird.
Wenn die Drosselwirkung der Primärwicklung zur Optimierung der Anordnung verwendet werden soll, ist es von Vorteil, wenn ein Teil der Primärwicklung des Ausgangstransformators bifilar, ein Teil monofilar gewickelt ist, sodass die Gegenspannung des Bifilarteils feinabgestimmt werden kann.
Anstelle von Thyristoren können, wo die gesteuerten Leistungen dies erlauben, auch Transistoren, etwa Hexmostransistoren, oder Cascodeschaltungen von Transistoren und Thyristoren verwendet werden.
In der Zeichnung, in der die Erfindung schematisch dargestellt ist zeigen: Fig.1: Ein Beispiel zum Stand der Technik Fig.2: Eine Anordnung nach der Erfindung Fig.3: Eine abgewandelte Anordnung nach der Erfindung Fig.1 ist bereits erläutert worden.
In Fig.2 liegt eine Serienschaltung aus Thyristoren Thl, Th2, die beipi elswei se als Rück lei tungsthyri storen mit integrierter Diode ausgebildet sein können, parallel zu einer Serienschaltung aus Betriebskondensatoren C3, C4. Die Thyristoren Th1, Th2 sind mit Schutzbeschaltungen R1-C1, R2-C2 überbrückt. Ein Ausgangstransformator At besteht aus einer bifilar aus Wicklungen P1, P2 ausgefuhrten Primärwicklung und einer Sekundärwicklung S, von der die Leistung des Wechselrichters entnommen wird. Der Ausgangstransformator P1-P2-S bildet den Diagonalzweig der aüs den Thyristoren Thl, Th2, C3, C4 gebildeten Brücke.
Dabei sind die bifilar gewickelten Primärwicklungen an einer Seite mit den in der Reihenschaltung aufeinanderfolgenden Elektroden Thla (Anode) und Th2k (Kathode) der Thyristoren Thl, Th2 verbunden, während die andere Seite der Bifilarwicklungen mit dem Rehenschaltpunkt der Betriebskondensatoren C3, C4 verbunden ist.
Die Schaltung arbeitet so, dass ein nicht gezeichneter Generator die Steuerelemente THls, Th2s abwechselnd ansteuert und der Anordnung dadurch eine jeweils gewünschte Schaltfrequenz aufprägt. Der einsetzende Stromfluss zur Umladung des Betriebskondensators C3, wenn beispielsweise Th2 geöffnet ist, verläuft in der zweiten Primärwicklung P2, die erste Primärwicklung P1 wirkt als Selbstinduktion für die Beschaltung R1-C1 von Thyristor Thl. Die Spannung über Thl wächst dadurch sehr langsam, sodass Fehlschaltungen des stromlosen Thyristors sicher vermieden werden.
Beim Wechsel der Ansteuerung auf den Thyristor Thl kehrt sich die Funktion Drossel-übertrager für die bifilar gewickelte Primärspule um.
Die bifilar gewickelte Primärspule wird also fortgesetzt wechselseitig in zwei verschiedenen Funktionen verwendet.
Wenn doch der Fall einer Einschaltung beider Transistoren auftritt, durchfliesst der Kurzschlussstrom die Difilarwicklungen -in Serie, so dass eine hohe Induktion und ein 5 sehr h r langsames Ansteigen des Stromes folgt. Die im Schaitkreis angeordnete Sicherung Si hat dann in jedem Falle hinreichende Zeit zum Ansprechen.
Wenn nach Fig.3 nur ein Teil der Primärwicklung bifilar ausgebildet ist, kann Drosselwirkung und Transformationsverhältnis unabhängig voneinander variiert und optimiert werden.
Als Steuerelemente können nicht nur Thyristoren, sondern auch Transistoren, Hexmostransistoren oder Thyristoren und Transistoren in Kaskodeschaltung verwendet werden.
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Claims

PATENTANSPRüCHE Wechselrichter mit Thyristoren, die in Serie geschaltet sind so dass die Anode des ersten Thyristors mit der Kathode des der Anode folgenden zweiten Thyristors verbunden ist und dass dazu parallel geschaltete Betriebskondensatoren mit den Thyristoren eine Brücke bilden, in deren Diagonalzweig ein Ausgangstransformator angeordnet ist, dadurch g e k e n n z e i c h ne t, dass die Primarwicklung (P1,P2) des Ausgangstranformators (At) bifilar ausgebildet ist, wobei die an den Betriebskondensatoren (C3,C4) liegenden Wicklungsenden zusammengschaltet und die an den Thyristoren (Th1,Th2) liegenden Wicklungsenden zwischen die Kathode (Thlk) des ersten (Th1) und die Anode (Th2a) des der Kathode folgenden zweiten Thyristors (Th2) geschaltet sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (P1-P2) der Primarwicklung (P1-P2-P3) des Ausgangstransformators (At) bifilar, ein Teil (P3) monofilar gewickelt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Thyristoren (Thl,Th2) Transistoren verwendet sind
4. Anordnung anch Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle von Thyristoren (Th1,Th2) Cascodeschaltungen (Th1Tr,Th2Tr) von Transistoren und Thyristoren verwendet werden.