DE3635401A1 - Schaltungsanordnung zur rueckspeisung von beschaltungsenergie eines abschaltbare halbleiterbauelemente aufweisenden wechselrichters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1. Eine derartige Schaltungsanordnung ist durch die Veröffentlichung der Patentanmeldung DE 34 90 150 T1 bekannt.

Bei dieser bekannten Anordnung ist die Beschaltungsdrossel zwischen die abschaltbaren Halbleiterbauelemente (z. B. GTO-Thyristoren) geschaltet und mit einer Mittelanzapfung versehen, die den Wechselspannungsanschluß des Wechselrichters darstellt. Zur Abfuhr der Beschaltungsenergie vor bzw. nach jedem Schaltvorgang mittels Stromwandler in die speisende Gleich­ spannungsquelle sind die Beschaltungselemente jedes abschaltbaren Halb­ leiterschalters über die Serienschaltung der Primärwicklung des Strom­ wandlers und einer Diode miteinander verbunden, wobei diese Serien­ schaltung jeweils zwischen dem Beschaltungskondensator und der Beschaltungs­ diode angeschlossen ist.

Mit der deutschen Patentanmeldung P 35 44 232.8 ist eine Schaltungs­ anordnung vorgeschlagen worden, bei der je Phase unsymmetrisch, d. h. nur einem GTO-Thyristor ein Beschaltungskondensator und eine Beschaltungs­ diode parallelgeschaltet ist und die Beschaltungsdrossel zwischen einem GTO-Thyristor und einem Pol der Gleichspannungsquelle angeordnet ist. Zwischen diesem einen Pol und dem Verbindungspunkt zwischen Beschal­ tungskondensator und Beschaltungsdiode ist über eine weitere Beschaltungs­ diode eine überschüssige Beschaltungsenergie aufnehmende Einrichtung ge­ schaltet, wobei zwischen dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle und der weiteren Beschaltungsdiode ein Speicherkondensator gelegt ist. Zu­ sätzlich ist bei dieser Schaltungsanordnung eine den Anstieg eines Kurz­ schlußstromes zwischen der Gleichspannungsquelle und dem Wechselrichter begrenzende (Begrenzungs-) Drossel vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene An­ ordnung derart auszugestalten, daß die Einrichtung zur Rückspeisung der Beschaltungsenergie möglichst einfach aufgebaut wird, wobei die sekun­ därseitigen Windungszahlen der Stromwandler je Phase möglichst klein sind und die Sperrspannungsbeanspruchungen der notwendigen Blockdioden gering gehalten werden. Auch soll bei unsymmetrischer Anordnung der Beschaltungselemente für die abschaltbaren Halbleiterbauelemente im Wechselrichter eine zusätzlich vorzusehende, überschüssige Beschaltungs­ energie aufnehmende Einrichtung gering dimensioniert werden können und eine Energie sparende Abmagnetisierung einer zusätzlich vorzusehenden, den Anstieg eines Kurzschlußstromes begrenzenden Drossel möglich sein.

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

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnungsfigur dar­ gestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden.

Die Zeichnungsfigur zeigt das Prinzipschaltbild eines aus einer durch einen Kondensator C _d gebildeten Gleichspannungsquelle mit einer Gleichspannung U _d gespeisten, dreiphasigen Wechselrichters.

Da die elektrischen Bauelemente in den drei Phasen U, V, W gleich sind, sind sie nur bei der Phase U bezeichnet.

Zwischen dem positiven und dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle sind zwei hintereinandergeschaltete, als GTO-Thyristoren ausgebildete, ab­ schaltbare Halbleiterbauelemente T 1, T 2 in Reihe mit einer Beschaltungs­ drossel L _{S 1} gelegt. Der Wechselspannungsanschluß (U) ist am Verbindungs­ punkt der beiden Halbleiterbauelemente T 1, T 2 vorgesehen.

Dem abschaltbaren Halbleiterbauelement T 1 liegt eine Freilaufdiode D 1 antiparallel, während dem abschaltbaren Halbleiterbauelement T 2 ebenfalls eine antiparallele Freilaufdiode D 2 zugeordnet ist.

In unsymmetrischer Beschaltung des Wechselrichters ist die Serienschaltung eines Beschaltungskondensators C _S und einer (ersten) Beschaltungsdiode D _{S 1} nur dem abschaltbaren Halbleiterbauelement T 1 parallelgeschaltet. Zwischen dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle und dem Verbindungspunkt zwischen Beschaltungskondensator C _S und der ersten Beschaltungsdiode D _{S 1} ist über eine weitere Beschaltungsdiode D _{S 2} eine überschüssige Beschaltungsenergie aufnehmende Einrichtung U _Q angeordnet. Zwischen dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle und dem Verbindungspunkt der Einrichtung U _Q mit der weiteren Beschaltungsdiode D _{S 2} liegt ein Speicherkondensator C ₀.

Zur Begrenzung des Anstiegs eines Kurzschlußstromes ist zwischen dem nega­ tiven Pol des Kondensators C _d und den Beschaltungsdrosseln L _{S 1} jeder Phase eine Begrenzungsdrossel L _{K 1} angeordnet.

Zur Abmagnetisierung der Begrenzungsdrossel L _{K 1} und zur Zurückspeisung von Beschaltungsenergie, die von der Einrichtung U _Q nicht aufgenommen werden soll, weil sie überschüssig ist, sind die Beschaltungsdrosseln L _{S 1} jeder Phase als Primärwicklung eines Stromwandlers W _S und die Begrenzungs­ drossel L _{K 1} als Primärwicklung eines weiteren Stromwandlers W _K ausgebildet. Die Sekundärwicklung L _{K 2} des Stromwandlers W _K liegt jeweils mit den Se­ kundärwicklungen L _{S 2} der Stromwandler W _S über eine Reihenschaltung von Blockdioden D _AS zwischen den beiden Polen der Gleichspannungsquelle.

Da überschüssige Beschaltungsenergie weitgehend von der Einrichtung U _Q ferngehalten wird, kann diese Einrichtung möglichst gering dimensioniert werden. Die sekundärseitigen Windungszahlen der Stromwandler W _K und W _S können aufgrund der Hintereinanderschaltung so gering wie möglich gehalten werden, und die Blockdioden D _AS erfahren nur die geringstmögliche Sperr­ spannungsbelastung.

Besonders günstig erfolgt der Aufbau der beschriebenen Schaltungsanordnung, wenn die Induktivität jeder Beschaltungsdrosselspule L _{S 1} halb so groß ist wie die Induktivität der Begrenzungsdrosselspule L _{K 1}. Als Übersetzungsver­ hältnis zwischen den Primär- und den Sekundärwicklungen bei den Strom­ wandlern W _S sowie dem weiteren Stromwandler W _K ist 1 : 3 anzustreben.

Die Spannung der die zusätzliche Beschaltungsenergie aufnehmenden Einrichtung U _Q sollte dabei etwa 30% der Spannung U _d am Kondensator C _d betragen. Dieser Kondensator C _d kann z. B. der Zwischenkreiskondensator eines Gleich­ spannungszwischenkreisumrichters sein.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Rückspeisung von Beschaltungsenergie in die Gleichspannungsquelle eines Wechselrichters, bei dem

• - je Phase zwischen den Polen der Gleichspannungsquelle die Reihen­ schaltung zweier abschaltbarer Halbleiterbauelemente mit einer Be­ schaltungsdrosselspule liegt und der Wechselspannungsanschluß zwischen den beiden Halbleiterbauelementen angeordnet ist,
• - jedem abschaltbaren Halbleiterbauelement antiparallel jeweils eine Freilaufdiode zugeordnet ist,
• - zumindest einem der Halbleiterbauelemente die Reihenschaltung eines Beschaltungskondensators mit einer Beschaltungsdiode parallel­ geschaltet ist und
• - ein primärseitig mit den Beschaltungselementen verbundener Strom­ wandler mit seiner Sekundärwicklung in Reihe mit zumindest einer Blockdiode zwischen die Pole der Gleichspannungsquelle geschaltet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaltungsdrosselspule (L _{S 1}) jeder Phase (U, V, W) die Primärwicklung des Stromwandlers (W _S ) bildet, und daß die Sekundär­ wicklung (L _{S 2}) jedes Stromwandlers (W _S ) in Reihe mit der Sekundär­ wicklung (L _{K 2}) eines weiteren Stromwandlers (W _K ) geschaltet ist, dessen Primärwicklung als eine den Anstieg eines Kurzschlußstromes begrenzende (Begrenzungs-) Drosselspule (L _{K 1}) zwischen dem einen Pol der Gleichspannungsquelle (C _d ) und jeweils der Reihenschaltung aus Beschaltungsdrosselspule (L _{S 1}) und abschaltbaren Halbleiterbau­ elementen (T 1, T 2) angeordnet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität jeder Beschaltungsdrosselspule (L _{S 1}) halb so groß ist wie die Induktivität der Begrenzungsdrosselspule (L _{K 1}).

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis zwischen Primär- und Sekundärwick­ lungen bei den Stromwandlern (W _S ) sowie dem weiteren Stromwandler (W _K ) 1 : 3 ist.