DE3831126A1 - Schaltungsanordnung und steuerverfahren fuer einen wechselrichter mit eingepraegter zwischenkreisspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung und ein Steuerverfahren für einen Wechselrichter mit eingeprägter Zwischenkreisspannung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und dient vorzugsweise zur Anwendung bei Drehstrom-Schienenfahrzeugen.

Ein solcher Wechselrichter mit eingeprägter Zwischen­ kreisspannung ist aus P. Appun, E. Futterlieb, K. Kommissari, W. Marx, "Die elektrische Auslegung der Stromrichterausrüstung der Lokomotive BR 120 der Deutschen Bundesbahn", Elektrische Bahnen 80 (1982), Heft 10, Seite 290 bis 294 und Heft 11, Seite 314 bis 317 bekannt.

Es handelt sich dabei um einen über einen Transformator gespeisten, selbstgeführten, gepulsten Eingangsstrom­ richter (Vierquadrantensteller), der an einem Zwischen­ kreis mit eingeprägter Spannung arbeitet. Mit Hilfe des bzw. mehrerer parallel arbeitender Vierquadrantensteller wird die Zwischenspannung auf einem konstanten Wert gehalten. Am Gleichspannungs-Zwischenkreis wird ein in Grundschwingungsamplitude und Frequenz steuerbarer Puls­ wechselrichter zur Speisung einer als Traktionsantrieb dienende Drehstrom-Asynchronmaschine betrieben.

Die dort beschriebenen Steuerverfahren beziehen sich auf 2-Punktwechselrichter, die mit eingeprägter Zwischen­ kreisspannung arbeiten. Die Wechselrichterausgangsspannung ergibt sich durch Pulsbreitenmodulation der Schalt­ zustände UD/2 und -UD/2 (UD=Zwischenkreisspannung). Die Spannungsdifferenz zwischen der Grundschwingungsaus­ gangsspannung und der durch die Pulsbreitenmodulation tatsächlich am Ausgang anliegenden Spannung führt zu entsprechenden Oberschwingungsströmen.

Die im bekannten Fall dargestellte Stromrichteranordnung besteht - wie erwähnt - aus Vierquadrantensteller, Zwischenkreis und 3phasigem Antriebswechselrichter. Sowohl der Vierquadrantensteller als auch der Antriebswechsel­ richter sind Quelle von entsprechenden Oberschwingungen. Für die vom Gesamtstromrichter im Netz verursachten Oberschwingungen ist im wesentlichen der Vierquadranten­ steller verantwortlich. Dagegen ist der Antriebswechsel­ richter die Hauptquelle der Motorstromoberschwingungen.

Von diesen Oberschwingungsströmen erfordern besonders die im Netz erzeugten Oberschwingungsströme und deren Reduzierung auf die zulässige Höchstwerte besondere Aufwendungen. So wird einmal die Taktfrequenz der Vier­ quadrantensteller soweit angehoben, daß die durch Schalt- und Durchlaßverluste verursachten Halbleiterver­ luste noch abgeführt werden können und die Kommutie­ rungs- bzw. bei GTO-Halbleitern (Gate-turn-off) die Beschaltungsverluste nicht unvertretbar hoch werden. Zum anderen ist zusätzlich ein nicht unerheblicher Aufwand eines passiven Netzfilters erforderlich.

Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für einen Wechselrichter mit eingeprägter Zwischenkreisspannung zu schaffen, mit der die Oberschwingungsströme reduziert werden. Desweiteren soll ein Steuerverfahren für diese Schaltungsan­ ordnung angegeben werden.

Diese Aufgabe wird bezüglich der Schaltungsanordnung in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Bezüglich des Steuerverfahrens wird die Aufgabe durch die im Anspruch 7 gekenn­ zeichneten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß infolge der Reduzierung der Ober­ schwingungsströme der Netzfilteraufwand, sowie die durch die Oberschwingungsströme verursachten Zusatzverluste und die im Stromrichter auftretenden Scheitelströme verkleinert werden. Dies gilt sowohl für den aufwandsarmen 3-Punktwechselrichter als auch für den Mehrpunktwechsel­ richter. Durch geeignete Taktungen, insbesondere durch das stufenartige Schalten jeweils der halben Zwischen­ kreisspannung bzw. einer Teilzwischenkreisspannung, können die Beschaltungsverluste sowie Schaltverluste der GTO′s und der Rückleistungsdioden gegenüber der 2-Punkt­ schaltung nicht unbeträchtlich reduziert werden. Die Verringerung der Beschaltungsverluste ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß die GTO-Einschaltung nur mit halber Zwischenkreisspannung bzw. mit einer Teil­ zwischenkreisspannung geschieht.

Im Vergleich zur 2-Punktschaltung ist der Mehraufwand der vorgeschlagenen 3-Punktschaltung oder auch der Mehr­ punktschaltung gegenüber anderen 3-Punktschaltungen, die vier abschaltbare Halbleiter je Wechselrichter benötigen, gering.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild eines 2-Punkt­ wechselrichters,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild eines 2-Punktwechsel­ richters,

Fig. 3 ein vereinfachtes Schaltbild eines 3-Punktwechsel­ richters,

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild eines 3-Punktwechsel­ richters,

Fig. 5a, b Zustandsdiagramme des 3-Punktwechselrichters bei positivem Strom (Fig. 5a) und negativem Strom (Fig. 5b),

Fig. 6 ein Zustandsdiagramm des 2-Punktwechselrichters,

Fig. 7 ein Schaltbild eines 3-Punktwechselrichters mit Kommutierungsdrosseln,

Fig. 8 ein Schaltbild eines Mehrpunktwechselrichters,

Fig. 9 eine Vierquadranten-Einspeiseschaltung mit Netzschutz für eine Fahrdraht-Drehstromlokomotive,

Fig. 10 die Leitzustände der Ventile eines Vier­ quadrantenstellers bei unsymmetrischer Taktung im Fahrbetrieb,

Fig. 11 die Leitzustände der Ventile eines Vier­ quadrantenstellers bei symmetrischer Taktung im Fahrbetrieb,

Fig. 12 die Leitzustände der Ventile eines Vier­ quadrantenstellers im Bremsbetrieb,

Fig. 13 die Leitzustände der Ventile eines Vier­ quadrantenstellers im Bremsbetrieb bei einer alternativen Taktung.

In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schaltbild eines 2-Punktwechselrichters dargestellt. Es sind zwei in Serie geschaltete Spannungsquellen Q 1, Q 2 (z. B. Konden­ satorbatterie eines Zwischenkreises) zu erkennen, wobei die eine Anschlußklemme der Spannungsquelle Q 1 den positiven Pol P 1 des Zwischenkreises, die eine Anschlußklemme der Spannungsquelle Q 2 den negativen Pol N des Zwischenkreises sowie die jeweils weiteren, miteinander verbundenen Anschlußklemmen der Spannungsquellen Q 1, Q 2 den Mittelpunkt M des Zwischenkreises bilden. Zwischen den Polen P und N liegt die Zwischenkreisspannung UD sowie zwischen dem Pol P und dem Mittelpunkt M bzw. zwischen dem Mittelpunkt und dem Pol N jeweils die halbe Zwischenkreisspannung UD/₂ an.

Mit dem Pol P sind die Anode eines zünd- und löschbaren Halbleiterschalters G 1 und die Kathode einer Rück­ leistungsdiode D 1 verbunden. An den Pol N sind die Kathode eines zünd- und löschbaren Halbleiterschalters G 2 und die Anode einer Rückleistungsdiode D 2 angeschlossen. Die Kathode von G 1, die Anode von D 1, die Anode von G 2 und die Kathode von D 2 sind miteinander verbunden und bilden den Wechselspannungsausgang A des Wechselrichters. Die Wechselspannung zwischen A und M beträgt µM. Als zünd- und löschbare Halbleiterschalter G 1, G 2 sind GTO-Thyri­ storen oder Thyristoren mit Löscheinrichtungen einsetz­ bar. Im weiteren werden die Schalter G 1, G 2 sowie die weiteren zünd- und löschbaren Halbleiterschalter kurz mit "GTO" bezeichnet.

In Fig. 2 ist ein Prinzipschaltbild eines 2-Punkt­ wechselrichters dargestellt. Es ist zu erkennen, daß wahl­ weise eines der zwei Potential UD/₂ (über Punkt B) oder -UD/₂ (über Punkt C) an den Wechselspannungsausgang A geschaltet werden kann. Der aus dem Wechselspannungsaus­ gang A fließende Wechselstrom ist mit i bezeichnet.

In Fig. 3 ist ein vereinfachtes Schaltbild eines 3-Punktwechselrichters dargestellt. Als 3-Punktwechsel­ richter wird allgemein eine Anordnung bezeichnet, die in der Lage ist, wahlweise eines der drei Potentiale UD/₂, 0 oder -UD/₂ von zwei in Reihe geschalteten Kondensator­ batterien oder Spannungsquellen an den Wechselspannungsaus­ gang A zu schalten. Die Schaltung ist wie der unter Fig. 1 beschriebene 2-Punktwechselrichter aufgebaut, darüber hinaus ist zusätzlich der Mittelpunkt M des Zwischenkreises über zwei antiparallel geschaltete, ein Zweigpaar bildende Thyristoren T 1, T 2 mit dem Wechsel­ spannungsausgang A verbunden. Im einzelnen sind die Anode von T 2 und die Kathode von T 1 an den Mittelpunkt M sowie die Kathode von T 2 und die Anode von T 1 an den Ausgang A angeschlossen. Die Thyristoren T 1, T 2 sowie weitere Thyristoren werden nachfolgend auch als Mittel­ punktthyristoren bezeichnet.

In Fig. 4 ist ein Prinzipschaltbild eines 3-Punkt­ wechselrichters dargestellt. Es ist zu erkennen, daß wahl­ weise eines der drei Potentiale UD/₂ (über Punkt B), 0 (über Punkt D) oder -UD/₂ (über Punkt C) an den Wechsel­ spannungsausgang A geschaltet werden kann. Die drei Potentiale UD/₂, 0, -UD/₂ können durch die jeweilige Stromführung eines der Ventile des oberen (G 1/D 1), mittleren (T 1/T 2) oder unteren Zweigpaares (G 2/D 2) mit dem Wechselspannungsausgang A verbunden werden. Die Löschung der Mittelpunktthyristoren erfolgt selbsttätig beim Ein­ schalten der entsprechenden GTO′s G 1 oder G 2. Als Sperr­ spannung steht jeweils die halbe Zwischenkreisspannung UD/₂ zur Verfügung. Die Schonzeit des zuletzt stromführenden Mittelpunktthyristors ergibt sich direkt aus der Einschaltdauer des entsprechenden GTO′s. Die Kommutie­ rungsdauer vom Mittelpunktthyristor auf den GTO ist vernachlässigbar.

In den Fig. 5a, 5b sind Zustandsdiagramme des 3-Punkt­ wechselrichters bei positivem Strom (Fig. 5a) und bei negativem Strom (Fig. 5b) dargestellt. Die möglichen Zustandswechsel von einem Potential UD/₂, 0, -UD/₂ zum anderen Potential sind jeweils mit Pfeilen bezeichnet. Wie Fig. 5a und 5b zeigen, sind die drei Schaltzustände beim 3-Punktwechselrichter mit Mittelpunktthyristoren durch fünf der sechs möglichen Zustandswechsel ver­ knüpft. Gemäß Fig. 5a ist zu erkennen, daß nicht direkt vom Potential 0 zum Potential -UD/₂ geschaltet werden kann. Gemäß Fig. 5b ist ersichtlich, daß ein direkter Zustandswechsel vom Potential 0 zum Potential UD/₂ nicht möglich ist. Die Zustandswechsel von 0 nach UD/₂ bzw. von 0 nach -UD/₂ sind vielmehr für negativen und positiven Strom unterschiedlich. Für positiven Strom (siehe Fig. 5a) ist der Wechsel von 0 nach -UD/₂ nur über den Umweg UD/₂ nach -UD/₂ möglich. Bei negativem Strom (siehe Fig. 5b) ist ein Übergang von 0 nach UD/₂ dagegen nur über -UD/₂ nach UD/₂ möglich.

Soll z. B. bei positivem Ausgangsstrom (Zählpfeil siehe Fig. 4) und leitendem Thyristor T 2 das Potential von 0 auf -UD/₂ an den Ausgang A geschaltet werden (Übergang bei positivem Strom von T 2 nach D 2), so geschieht dies in zwei Schritten: Zunächst wird G 1 gezündet und damit die Sperrspannung UD/₂ an T 2 gelegt, um die geforderte Schonzeit für T 2 zu sichern. Nach Ablauf der Schonzeit von T 2 wird G 1 gelöscht, worauf eine Stromkommutierung auf die Rückleistungsdiode D 2 erfolgt. Eine analoge Löschung für den Thyristor T 1 ergibt sich bei negativem Ausgangsstrom beim Umschalten vom Potential 0 nach UD/₂:
Zunächst wird G 2 gezündet und damit die Sperrspannung UD/₂ an T 1 gelegt. Nach der Schonzeit von T 1 wird G 2 gelöscht, worauf die Kommutierung des Stromes auf die Rückleistungsdiode D 1 erfolgt.

In Fig. 6 ist ein Zustandsdiagramm des 2-Punktwechsel­ richters gezeigt, aus dem die beiden möglichen Schaltzu­ stände UD/₂ und -UD/₂ hervorgehen.

In Fig. 7 ist ein Schaltbild eines 3-Punktwechselrichters mit Kommutierungsdrosseln dargestellt. Die Schaltung entspricht der in Fig. 3 gezeigten Anordnung, zusätzlich befindet sich eine Kommutierungsdrossel Lip zwischen dem positiven Pol P des Zwischenkreises und dem Zweigpaar G 1/D 1, eine Kommutierungsdrossel LiN zwischen dem negativen Pol N des Zwischenkreises und dem Zweig­ paar G 2/D 2 sowie eine Kommutierungsdrossel LiM zwischen dem Mittelpunkt M und dem Zweigpaar T 1/T 2.

In Fig. 8 ist ein Schaltbild eines Mehrpunktwechselrichters dargestellt. Es sind die beiden Zweigpaare G 1/D 1 und G 2/D 2 zu erkennen, die einerseits miteinander ver­ bunden sind un den Wechselspannungsausgang A bilden und die andererseits an Spannungsquellen (Kondensatorbatterien) Q 1, Q 2 angeschlossen sind. Zusätzlich können weitere Spannungsquellen (Kondensatorbatterien) Q(n-1) vor­ gesehen sein (n=3,4,5 . . . Pulszahl). Jeweils an den Verbindungspunkt zweier Spannungsquellen ist ein mit Thyristoren bestücktes Zweigpaar T 1/T 2 bzw. T 2 (n-2)-1/- T 2 (n-2) angeschlossen. Die weiteren Klemmen dieser Zweigpaare liegen am Wechselspannungsausgang A. Bei dem in Fig. 8 angeordneten 4-Punktwechselrichter (n=4) ist demnach im Vergleich zum 3-Punktwechselrichter gemäß Fig. 7 eine weitere Spannungsquelle Q 3 sowie ein weiteres Zweigpaar T 3/T 4 vorzusehen, wobei das Zweigpaar T 1/T 2 am Verbindungspunkt Q 1/Q 3 und das Zweigpaar T 3/T 4 am Verbindungspunkt Q 2/Q 3 liegt. Zwischen dem Zweigpaar G 1/D 1 und dem positiven Pol P bzw. zwischen dem Zweig­ paar G 2/D 2 und dem negativen Pol N können wiederum Kommutierungsdrosseln LiP bzw. LiN angeordnet sein. Zwischen den Zweigpaaren T 1/T 2, T 3/T 4 . . . und den zugeordneten Verbindungspunkten der Spannungsquellen können ebenfalls Kommutierungsdrosseln Li angeordnet sein.

In Fig. 9 ist eine Vierquadrantensteller-Einspeiseschaltung mit Netzschutz für eine Fahrdraht-Drehstromlokomotive dargestellt. Es ist zu erkennen, daß sich durch die bei der Drehstromtechnik in der Traktion generell einge­ setzten Netzschutzthyristoren T 11, T 12, T 21, T 22 eine 3-Punktanordnung beim Vierquadrantensteller durch Einbe­ ziehung des Netzschutzes als betriebsmäßiges Schaltglied ohne nennenswerten Mehraufwand im Leistungsteil erreichen läßt. Hierzu ist lediglich eine zusätzliche elek­ trische Verbindung zwischen den Netzschutzthyristoren und dem Mittelpunkt des Zwischenkreises notwendig, wie in Fig. 9 strichliert dargestellt. Die Netzschutzfunktion der Thyristoren bleibt weiterhin erhalten.

Die in Fig. 9 dargestellte Schaltung zeigt zwei Vier­ quadrantensteller, die parallel an einem Zwischenkreis arbeiten. Es sind wiederum die beiden Spannungsquellen (Kondensatorbatterien) Q 1, Q 2, die Kommutierungsdrosseln LiP, LiN, LiM, die zwischen den Polen des Zwischenkreises liegenden Zweigpaare G 11/D 11, G 21/D 21 (diese beiden Zweigpaare entsprechen den Zweigpaaren G 1/D 1, G 2/D 2 gemäß Fig. 7) sowie das Zweigpaar T 11/T 21 (dieses Zweig­ paar entspricht dem Zweigpaar T 1/T 2 gemäß Fig. 7) zu erkennen. Der Wechselspannungsanschluß A dieser 3-Punkt­ anordnung ist mit der ersten Klemme einer ersten Sekundär­ wicklung S 1 eines Transformators T verbunden. Die Primärwicklung des Transformators T ist zwischen Fahr­ draht FD und Rad/Schiene RS geschalten. Die zweite Klemme der ersten Sekundärwicklung S 1 bildet den Wechsel­ spannungsanschluß E einer weiteren 3-Punktanordnung mit den Zweigpaaren G 12/D 12, G 22/D 22 und T 22/T 12. Der gemeinsame Verbindungspunkt der Thyristoren T 11, T 12, T 21, T 22 ist über die Kommutierungsdrossel LiM mit dem Mittelpunkt M des Zwischenkreises verbunden. Diese beiden 3-Punktanordnungen bilden den ersten Vierquadrantensteller.

Der zweite Vierquadrantensteller wird durch zwei weitere 3-Punktanordnungen mit den Zweigpaaren G 11′/D 11′, G 21′/ D 21′, T 11′/T 21′ sowie G 12′/D 12′, G 22′/D 22′, T 22′/T 12′ gebildet. Die Thyristoren T 11′, T 12′, T 21′, T 22′ der beiden weiteren 3-Punktanordnungen sind über eine Kommu­ tierungsdrossel LiM′ mit dem Mittelpunkt M des Zwischen­ kreises verbunden. Die Wechselspannungsanschlüsse F, G der weiteren 3-Punktanordnungen sind mit den Klemmen einer zweiten Sekundärwicklung S 2 des Transformators T verbunden. Während die Kommutierungsdrossel LiP allen vier 3-Punktanordnungen gemeinsam ist, sind getrennte Kommutierungsdrosseln LiN für jede 3-Punktanordnung vor­ gesehen. Fig. 9 zeigt nur ein Beispiel der möglichen Drosselanordnungen.

In den Fig. 10 bis 13 sind einige der möglichen Vier­ quadrantensteller-Taktungen für Fahr- und Bremsbetrieb gezeigt. Dabei wird von einem in Fig. 9 gezeigten Vier­ quadrantensteller mit den Ventilen G 11, G 21, T 11, T 21, D 11, D 21, G 12, G 22, T 12, T 22, D 12 und D 22 ausgegangen. Die entsprechenden Leitzustände der Ventile sind mit LG 11, LG 21, LT 11, LT 21, LD 11, LD 21, LG 12, LG 22, LT 12, LT 22, LD 12 und LD 22 bezeichnet. Desweiteren sind jeweils die zeitlichen Verläufe der Stellerspannung US, der (von einer Regeleinrichtung vorgegebenen) Grundwelle der Trafo-Sekundärspannung US 1 und des Stromes i in die Sekundärwicklung S 1 dargestellt.

Auf die Darstellung der Pulsbildung im Bereich der Strom-Nulldurchgänge, die die Trafomagnetisierung zum Teil vom Zwischenkreis durchführt, wurde bei den Fig. 10 bis 13 aus Vereinfachungsgründen verzichtet. Die Trafo­ magnetisierung in diesem Bereich kann mit ±UD/₂ und ±UD durchgeführt werden.

In Fig. 10 sind die Leitzustände der Ventile eines Vier­ quadrantenstellers bei unsymmetrischer Taktung im Fahr­ betrieb dargestellt. Während der Zeiträume zwischen Zeitpunkt t 1 und Zeitpunkt t 2, zwischen t 3 und t 4, zwischen t 5 und t 6, zwischen t 11 und t 12 sowie zwischen t 17 und 18 leiten die Ventile T 11 und D 22 und die halbe Zwischenkreisspannung UD/₂ wird an die Sekundärwicklung S 1 angelegt. Während der Zeiträume zwischen t 2 und t 3, zwischen t 4 und t 5, zwischen t 6 und t 7, zwischen t 12 und t 13 sowie zwischen t 18 und t 19 ergibt sich ein Freilauf über die Ventile G 21 und D 22. Während der Zeiträume zwischen t 7 und t 8, zwischen t 10 und t 11, zwischen t 13 und t 14, zwischen t 16 und t 17 sowie zwischen t 19 und t 20 leiten die Ventile D 11 und D 22 und die volle Zwischen­ kreisspannung UD wird an S 1 angelegt. Während der Zeit­ räume zwischen t 8 und t 9, zwischen t 14 und t 15, zwischen t 20 und t 21, zwischen t 22 und t 23 sowie zwischen t 24 und t 25 leiten die Ventile D 11 und T 22 und die halbe Zwischenkreisspannung UD/₂ wird an S 1 angelegt. Während der Zeiträume zwischen t 9 und t 10, zwischen t 15 und t 16, zwischen t 21 und t 22 sowie zwischen t 23 und t 24 ergibt sich ein Freilauf über die Ventile D 11 und G 12. Die vorstehend für die positive Spannungshalbwelle erläuterten Zusammenhänge wiederholen sich in entsprechender Weise während der negativen Spannungshalbwelle, wobei dann die Ventile G 11, T 21, D 21, G 22, T 12 und D 12 zum Einsatz gelangen.

In Fig. 11 sind die Leitzustäde der Ventile eines Vier­ quadrantenstellers bei symmetrischer Taktung im Fahrbe­ trieb dargestellt. Während der Zeiträume zwischen t 31 und t 32, zwischen t 35 und t 36, zwischen t 41 und t 42, zwischen t 47 und t 48 sowie zwischen t 52 und t 53 leiten die Ventile D 11 und T 22 und die halbe Zwischenkreis­ spannung UD/₂ wird an die Sekundärwicklung S 1 gelegt. Während der Zeiträume zwischen t 32 und t 33, zwischen t 36 und t 37, zwischen t 42 und t 43, zwischen t 48 und t 49 sowie zwischen t 53 und t 54 ergibt sich ein Freilauf über die Ventile D 11 und G 12. Während der Zeiträume zwischen t 33 und t 34, zwischen t 38 und t 39, zwischen t 44 und t 45, zwischen t 50 und t 51 sowie zwischen t 54 und t 55 leiten die Ventile T 11 und D 22 und die halbe Zwischenkreis­ spannung UD/₂ wird an S 1 angelegt. Während der Zeiträume zwischen t 34 und t 35, zwischen t 39 und t 40, zwischen t 45 und t 46 sowie zwischen t 51 und t 52 ergibt sich ein Frei­ lauf über die Ventile G 21 und D 22. Während der Zeiträume zwischen t 37 und t 38, zwischen t 40 und t 41, zwischen t 43 und t 44, zwischen t 46 und t 47 sowie zwischen t 49 und t 50 leiten die Ventile D 11 und D 22 und die volle Zwischen­ kreisspannung UD wird an S 1 angelegt. Die vorstehend für die positive Spannungshalbwelle erläuterten Zusammenhänge wiederholen sich in entsprechender Weise während der negativen Spannungshalbwelle, wobei dann die Ventile G 11, T 21, D 21, G 22, T 12 und D 12 zum Einsatz gelangen.

In Fig. 12 sind die Leitzustände der Ventile eines Vier­ quadrantenstellers im Bremsbetrieb dargestellt. Während der Zeiträume zwischen t 61 und t 62, zwischen t 65 und t 66, zwischen t 69 und t 70, zwischen t 73 und t 74 sowie zwischen t 77 und t 78 leiten die Ventile G 11 und T 12 und die halbe Zwischenkreisspannung UD/₂ liegt an der Sekundär­ wicklung S 1 an. Während der Zeiträume zwischen t 62 und t 63, zwischen t 64 und t 65, zwischen t 76 und t 77 sowie zwischen t 78 und t 79 ergibt sich ein Freilauf über die Ventile T 21 und T 12. Während der Zeiträume zwischen t 63 und t 64, zwischen t 67 und t 68, zwischen t 71 und t 72, zwischen t 75 und t 76 sowie zwischen t 79 und t 80 leiten die Ventile T 21 und G 22 und die halbe Zwischenkreis­ spannung UD/₂ liegt an S 1. Während der Zeiträume zwischen t 66 und t 67, zwischen t 68 und t 69, zwischen t 70 und t 71, zwischen t 72 und t 73 sowie zwischen t 74 und t 75 leiten die Ventile G 11 und G 22 und die volle Zwischenkreis­ spannung UD liegt an S 1 an. Die vorstehend für die positive Spannungshalbwelle erläuterten Zusammenhänge wiederholen sich in entsprechender Weise während der negativen Spannungshalbwelle, wobei dann die Ventile G 21, T 11, G 12 und T 22 zum Einsatz gelangen.

In Fig. 13 sind die Leitzustände der Ventile eines Vier­ quadrantenstellers im Bremsbetrieb bei einer alternativen Taktung dargestellt. Während der Zeiträume zwischen t 81 und t 82, zwischen t 85 und t 86, zwischen t 89 und t 90, zwischen t 93 und t 94 sowie zwischen t 97 und t 98 leiten die Ventile G 11 und T 12 und die halbe Zwischenkreis­ spannung UD/₂ wird an die Sekundärwicklung S 1 des Transfor­ mators angelegt. Während der Zeiträume zwischen t 82 und t 83 und zwischen t 98 und t 99 ergibt sich ein Freilauf über die Ventile D 21 und G 22. Während der Zeiträume zwischen t 83 und t 84, zwischen t 87 und t 88, zwischen t 91 und t 92, zwischen t 95 und t 96 sowie zwischen t 99 und t 100 leiten die Ventile T 21 und G 22 und die halbe Zwischenkreisspannung UD/₂ wird an die Sekundärwicklung S 1 gelegt. In den Zeiträumen zwischen t 84 und t 85 sowie zwischen t 96 und t 97 ergibt sich ein Freilauf über die Ventile G 11 und D 12. In den Zeiträumen zwischen t 86 und t 87, zwischen t 88 und t 89, zwischen t 90 und t 91, zwischen t 92 und t 93 sowie zwischen t 94 und t 95 leiten die Ventile G 11 und G 22 und die volle Zwischenkreisspannung UD wird an die Sekundärwicklung S 1 gelegt. Die vor­ stehend für die positive Spannungshalbwelle erläuterten Zusammenhänge wiederholen sich in entsprechender Weise während der negativen Spannungshalbwelle, wobei dann die Ventile G 21, T 11, D 11, G 12, T 22 und D 22 zum Einsatz gelangen.

Bei der in Fig. 11 für Fahrbetrieb gezeigten symmetrischen Taktung lösen sich die beiden Phasen des Vierqua­ drantenstellers in der Zündreihenfolge nacheinander ab. Unter einer symmetrischen Taktung wird dabei eine Taktung verstanden, bei der die Pulse der Phasen symme­ trisch bezüglich ihrer Lage und ihrer Impulsbreite über eine Spannungshalbwelle verteilt sind. Fig. 10 zeigt im Unterschied hierzu eine unsymmetrische Taktung, bei der bei einer inneren Trafo-Sekundärspannung uF unterhalb von UD/₂ der Strom zwischen einem GTO und einem Thyri­ stor einer Vierquadrantensteller-Phase geschaltet wird. Bei einer inneren Trafo-Sekundärspannung uF oberhalb des Wertes UD/₂ schalten die GTO′s und Thyristoren der beiden Vierquadrantensteller-Phasen wieder abwechselnd.

Im Beispiel gemäß Fig. 10 wechselt der Strom während des Anstieges der Spannung uF bis zum Wert UD/₂ zwischen G 21 und T 11 hin und her (siehe Fig. 10 und 9). Beim Abfall der Spannung uF im Bereich von UD/₂ bis zum Wert 0 wechselt dann der Strom zwischen den Ventilen G 12 und T 22. Auf eine Halbschwingung bezogen bleiben jedoch die Anzahl der Schalthandlungen und damit die Verluste beider Vierquadrantensteller-Phasen gleich. Damit durch diese spezielle Taktung keine Zwischenkreisanregungen entstehen, sollte der andere, parallel am gleichen Zwischen­ kreis arbeitende Vierquadrantensteller G 11′, G 21′, T 11′, T 21′, D 11′, D 21′, G 12′, G 22′, T 12′, T 22′, D 12′, D 22′ genau spiegelsymmetrisch takten.

Die in Fig. 10 gezeigte unsymmetrische Taktung hat besonders niedrige Beschaltungsverluste, da hierbei die Schalthandlungen bezogen auf die resultierende Taktfre­ quenz gering sind und die Einschaltung der GTO′s stets mit halber Zwischenkreisspannung erfolgt.

Die im Bereich der Spannung uF oberhalb des Wertes UD/₂ und beim Übergang der Stellerspannung US von UD/₂ auf UD auftretenden kurzen 0-Spannungsbereiche sind zur Bereit­ stellung der Schonzeit für die Mittelpunktthyristoren erforderlich. In diesem Spannungsbereich muß der Strom im Fahrbetrieb zwischen Thyristor und Rückleistungsdiode hin und her wechseln. Wie unter Fig. 5 erläutert, ist jedoch ein Wechsel von Thyristor auf Rückleistungsdiode nur über eine entsprechende GTO-Einschaltung möglich.

Im Bremsbetrieb treten diese Spannungsnullphasen im Bereich der Spannung uF oberhalb des Wertes UD/₂ nicht auf, da der Strom nur zwischen GTO und Thyristor hin und her wechselt (siehe Fig. 12 und 13). Die Taktung nach Fig. 12 verursacht vorteilhaft besonders niedrige Beschaltungsverluste.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung für einen Wechselrichter mit eingeprägter Zwischenkreisspannung, wobei ein aus einem zünd- und löschbaren Halbleiterschalter und einer anti­ parallel angeordnete Rückleistungsdiode bestehendes erstes Zweigpaar mit einem zweiten, gleichartig aufgebauten Zweigpaar in Reihe geschaltet ist, der Wechsel­ spannungsanschluß am Verbindungspunkt beider Zweigpaare liegt und die weiteren Anschlüsse der beiden Zweigpaare mit dem positiven bzw. negativen Pol des Zwischenkreises verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechsel­ spannungsanschluß (A) über mindestens ein aus zwei anti­ parallel angeordneten Thyristoren (T 1/T 2 (Fig. 7), T 2 (n-2)-1/T 2 (n-2) (Fig. 8), T 11/T 21, T 11/T 21, T 22/T 12 (Fig. 9)) bestehendes Zweigpaar mit mindestens einer Spannungsan­ zapfung des Zwischenkreises verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz lediglich eines aus Thyristoren bestehenden Zweigpaares der Mittelpunkt (M) des Zwischenkreises zur Spannungsanzapfung dient.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz mehrerer aus Thyristoren bestehenden Zweigpaare (T 2/T 1, T 2 (n-2)/T 2 (n-2)-1)) eine Aufteilung der Zwischenkreisspannung mittels der Spannungsanzapfungen erfolgt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem aus einem zünd- und löschbaren Halbleiterschalter und einer antiparallel angeordneten Rückleistungsdiode bestehenden Zweigpaar und dem positiven bzw. negativen Pol des Zwischenkreises mindestens eine Kommutierungsdrossel (LiP, LiN) angeordnet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wechsel­ spannungsanschluß (A) und jeder Spannungsanzapfung eine Kommutierungsdrossel (LiM, Li) angeordnet ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung von aus Thyristoren gebildeten Zweigpaare der gemeinsame Ver­ bindungspunkt von Netzschutzthyristoren (T 11, T 21, T 12, T 22) eines Vierquadrantenstellers an den Mittelpunkt (M) des Zwischenkreises angeschlossen ist.

7. Steuerverfahren zum Betrieb der Schaltungsanord­ nung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Kommutierung des Stromes von einem Thyristor (T 1, T 2) eines Zweigpaares auf eine Rück­ leistungsdiode (D 1, D 2) in einem ersten Schritt der zünd- und löschbare Halbleiterschalter (G 1, G 2) der jeweils anderen, diese Rückleistungsdiode nicht enthaltenden Zweigpaares eingeschaltet wird und daß in einem zweiten Schritt nach Ablauf der Schonzeit des Thyristors dieser zünd- und löschbare Halbleiterschalter wieder gelöscht wird, so daß der Strom auf die Rückleistungsdiode kommu­ tiert.