DE4121177A1 - Schaltungsanordnung zur abschaltentlastung eines wechselrichterzweigpaares - Google Patents
Schaltungsanordnung zur abschaltentlastung eines wechselrichterzweigpaaresInfo
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Description
Der Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Abschaltentlastung
eines Wechselrichterzweigpaares gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 oder 2.
Unter gategesteuerten (Leistungs-)Halbleiterschaltern sind hierbei CTO-Thyristoren,
aber auch alle sonstigen über ihren Steueranschluß ein- und abschaltbare
Halbleiterschaltelemente zu verstehen.
Eine Schaltungsanordnung mit einem gemeinsamen Speicherkondensator entsprechend
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist durch die IEEE Transactions
on Industry Applications Vol. 24, No. 1, January/February 1988, Seiten 115 bis
119 bekannt; eine Schaltungsanordnung mit zwei Speicherkondensatoren entsprechend
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 ist durch die DD 27 45 20 A1
bekannt. Beiden bekannten Schaltungsanordnungen ist gemeinsam, daß die
Speicherkondensatoren über zusätzliche Dioden an die Verbindungspunkte von
Abschaltentlastungsdiode und Abschaltentlastungskondensator der jeweils den
Halbleiterschaltern parallelgeschalteten (Abschaltentlastungs-)Reihenschaltungen
angeschlossen sind. Durch die zusätzlichen Dioden soll das Fließen von Umladeströmen
aus den Speicherkondensatoren in die Abschaltentlastungskondensatoren
vermieden werden.
Die zusätzlichen Dioden stellen einen zusätzlichen Aufwand an Schaltelementen
dar, deren konstruktive Unterbringung in der Schaltungsanordnung Schwierigkeiten
bereitet, da diese Dioden nicht mit dem Potential der Halbleiterschalter verbunden
sind. Da die Dioden aber gekühlt werden müssen, sind für die eigene,
isolierte Kühlkörper nötig, für die ein zusätzlicher Platz in der Anordnung, die
ohnehin wegen der gering zu haltenden Induktivitäten sehr gedrängt aufgebaut
sein muß, nur unter Nachteilen zu schaffen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs angegebenen Schaltungsanordnungen
derart zu verbessern, daß der insbesondere durch die zusätzlichen
Dioden bedingte Aufwand an Bauelementen verringert wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung jeweils durch die in den Patentansprüchen
1 oder 2 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Durch die Bemessungsregeln für die ohmschen Widerstände und die Speicherkondensatoren
ist es vorteilhafterweise möglich, die direkte Anbindung der Speicherkondensatoren
an die Verbindungspunkte von Abschaltentlastungsdiode und
Abschaltentlastungskondensator der jeweiligen den Halbleiterschaltern parallelliegenden
Reihenschaltungen vorzusehen, d. h. den nachteiligen Einsatz der zusätzlichen
Dioden zu vermeiden. Der jeweilige Speicherkondensator ist nämlich
bei Anwendung der Dimensionsierungsbedingung jeweils bereits auf den Wert der
Zwischenkreisspannung entladen, bevor die nächste Abschaltung eines der Halbleiterschalter
einsetzt. Zusätzliche, durch Zusatzdioden zu vermeidende Umladeströme
können also gar nicht mehr auftreten.
Mit den im Anspruch 2 gekennzeichneten Maßnahmen wird darüber hinaus die
in der DD 27 45 20 A1 angegebene Schaltungsanordnung überhaupt erst einsatzfähig,
weil bei der bekannten Anordnung ideale, in der Praxis nicht zu
realisierende Spannungsquellen vorausgesetzt werden und ohmsche (Entlade-)
Widerstände nicht vorgesehen sind.
Ein Wechselrichter, insbesondere ein Pulswechselrichter, dessen Zweigpaare
pro Phase entsprechend der Erfindung beschaltet sind, weist damit eine besonders
sichere Betriebsweise seiner Halbleiterschalter auf.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von zwei in der Zeichnung in Prinzipschaltbildern
dargstellten Ausführungsbeispielen erläutert werden:
Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Abschaltentlastung eines Wechselrichterzweigpaares
aus zwei zwischen den mit + und - bezeichneten Polen einer Gleichspannungsquelle
Ud angeordneten Halbleiterschaltern T₁ und T₂. Diese Halbleiterschalter
T₁, T₂ sind als GTO-Thyristoren dargestellt, wobei hier sämtliche
nicht für das Verständnis der Erfindung notwendigen Beschaltungselemente
fortgelassen sind.
Mehrere (in der Regel: drei) dieser Wechselrichterzweigpaare liegen üblicherweise
zwischen den Polen der Gleichspannungsquelle Ud parallel und sind jeweils
zur Bildung einer Wechselspannungsphase vorgesehen. Der Wechselspannungsanschluß
des Wechselrichters ist dabei jeweils an der direkten Verbindung der
beiden Halbleiterschalter vorgesehen.
Den beiden Halbleiterschaltern T₁, T₂ ist gemäß Fig. 1 jeweils eine Freilaufdiode
D₁, D₂ antiparallelgeschaltet.
Weiterhin ist jedem der Halbleiterschalter T₁, T₂ eine den Stromanstieg beim
Einschalten des jeweiligen Halbleiterschalters T₁ bzw. T₂ begrenzende lineare
Drosselspule LK1 bzw. LK2 in Reihe geschaltet. Hinsichtlich dieser Drosselspulen
LK1, LK2 sei angemerkt, daß diese nicht an der in Fig. 1 gezeigten
Stelle der Schaltungsanordnung liegen müssen. Sie können auch z. B. nur
einzeln, d. h. nur LK1 oder nur LK2, eingesetzt werden oder (gemeinsam für
die einzelnen Wechselrichterzweigpaare) in den Zuleitungen von der Gleichspannungsquelle
Ud liegen.
Die Abschaltentlastungsschaltung nach der Erfindung weist eine Reihenschaltung
aus einer ersten Abschaltentlastungsdiode DS1 und einem ersten Abschaltentlastungskondensator
CS1 parallel zu dem ersten, an dem positiven Pol + der
Gleichspannungsquelle Ud liegenden Halbleiterschalter T₁ auf. Dem zweiten, an
den negativen Pol - der Gleichspannungsquelle Ud angeschlossenen Halbleiterschalter
T₂ ist eine Reihenschaltung aus einem weiteren Abschaltentlastungskondensator
CS2 und einer weiteren Abschaltentlastungsdiode DS2 parallelgeschaltet.
Soweit bis hier beschrieben, ist die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ebenso
aufgebaut und auch gleich bezeichnet.
Gemäß Fig. 1 ist ferner ein gemeinsamer Speicherkondensator C₀ vorgesehen,
der über einen ersten ohmschen Widerstand R₀₁ mit dem positiven Pol der
Gleichspannungsquelle verbunden ist und der über einen zweiten ohmschen
Widerstand R₀₂ an den negativen Pol der Gleichspannungsquelle Ud gelegt ist.
Die Kathode der ersten Abschaltentlastungsdiode DS1 ist an die Verbindung
des ersten ohmschen Widerstands R₀₁ mit dem Speicherkondensator C₀ angeschlossen,
während die Anode der zweiten Abschaltentlastungsdiode DS2 an
die Verbindung zwischen dem zweiten ohmschen Widerstand R₀₂ und dem
Speicherkondensator C₀ gelegt ist.
Es ist also der nicht am Wechselspannungsanschluß liegende Anschluß der beiden
Abschaltentlastungskondensatoren CS1, CS2 jeweils unmittelbar an den
Speicherkondensator C₀ geschaltet. Das ist zulässig, wenn gleichzeitig bei der
Dimensionierung der ohmschen Widerstände R₀₁ und R₀₂ und des Speicherkondensators
C₀ die Bedingung
K · (R₀₁ + R₀₂) · C₀ < Te, min
erfüllt ist, wobei die Konstante K mit 2K4 anzusetzen ist und mit Te, min
die Mindestleitzeit der Halbleiterschalter T₁, T₂ bezeichnet ist. Infolge der
derart vorgenommenen Dimensionierung ist der Speicherkondensator C₀ stets
praktisch auf die Spannung Ud entladen, bevor die nächste Abschaltung eines
der Halbleiterschalter T₁, T₂ erfolgt. Ein Umladestrom kann dann nicht mehr
auftreten.
Es ist jedem Halbleiterschalter T₁, T₂ ein eigener Abschaltentlastungskondensator
CS1, CS2 zugeordnet. Dadurch lassen sich die Streuinduktivitäten in den
Beschaltungswegen für die beiden Halbleiterschalter T₁, T₂ gleichermaßen
klein halten. Vorteilhafterweise ergeben sich gleich niedrige erste Spannungsspitzen
für beide Halbleiterschalter T₁, T₂.
Für die Spannungsanstiegsbegrenzung werden beim abwechselnden Abschalten der
Halbleiterschalter T₁, T₂ jeweils beide Abschaltentlastungskondensatoren CS1, CS2
über den gemeinsamen Speicherkondensator C₀ parallelgeschaltet.
Fig. 2 zeigt ebenfalls eine symmetrische Beschaltung zur Abschaltentlastung,
bei der (wie bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1) jedem der Halbleiterschalter
T₁, T₂ die Reihenschaltung einer Abschaltentlastungsdiode DS1 bzw. DS2
mit einem Abschaltentlastungskondensator CS1 bzw. CS2 parallelgeschaltet ist.
Der Speicherkondensator (C₀ nach Fig. 1) ist jedoch in zwei Speicherkondensatoren
C₀₁, C₀₂ aufgeteilt, denen jeweils ein ohmscher Widerstand R₀₁, R₀₂
parallelliegt. Diese Parallelschaltungen sind einerseits an den ihnen zugeordneten
Pol der Gleichspannungsquelle Ud und andererseits an die jeweilige Verbindung
zwischen Abschaltentlastungsdiode DS1 bzw. DS2 und Abschaltentlastungskondensator
CS1 bzw. CS2 angeschlossen. Die Spannungsbelastung der beiden Speicherkondensatoren
C₀₁, C₀₂ ist vorteilhafterweise nahezu Null.
Bei jedem Abschaltvorgang eines der beiden Halbleiterschalter T₁, T₂ erfolgt
bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 eine Parallelschaltung der Abschaltentlastungskondensatoren
CS1, CS2 über die Speicherkondensatoren C₀₁, C₀₂
und die Gleichspannungsquelle Ud .
Auch bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltung ist der nicht am Wechselspannungsanschluß
liegende Anschluß der beiden Abschaltentlastungskondensatoren CS1, CS2
also jeweils unmittelbar an den nicht mit dem Pol der Gleichspannungsquelle
verbundenen Anschluß des jeweiligen Speicherkondensators C₀₁, C₀₂ geschaltet.
Das ist ohne den Nachteil eines zur falschen Zeit fließenden Umladestroms
möglich, wenn auch hier bei der Dimensionierung der ohmschen Widerstände
R₀₁, R₀₂ und der Speicherkondensatoren C₀₁, C₀₂ die beiden Bedingungen
K · R₀₁ · C₀₁ < Te, min bzw. K · R₀₂ · C₀₂ < Te, min
erfüllt sind, wobei wieder 2K4 ist und mit Te, min die Mindestleitzeit
der Halbleiterschalter T₁, T₂ bezeichnet ist.
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung zur Abschaltentlastung eines Wechselrichterzweigpaares
aus zwei zwischen den Polen einer Gleichspannungsquelle angeordneten, gategesteuerten
Halbleiterschaltern,
- - deren Verbindung den Wechselspannungsanschluß darstellt,
- - denen jeweils eine Freilaufdiode antiparallelgeschaltet ist,
- - die in Reihe mit einer linearen, den Stromanstieg beim Einschalten begrenzenden Drosselspule geschaltet sind,
- - denen jeweils eine Reihenschaltung aus einem mit seinem einen Anschluß direkt an die unmittelbare Verbindung der Halbleiterschalter angeschlossenen Abschaltentlastungskondensator und einer Abschaltentlastungsdiode parallelgeschaltet ist und
- - denen ein gemeinsamer Speicherkondensator zugeordnet ist, von dem jeder Anschluß zum einen über einen ohmschen Widerstand mit einem Pol der Gleichspannungsquelle und zum anderen mit dem Verbindungspunkt zwischen Abschaltentlastungsdiode und Abschaltentlastungskondensator der zugehörigen Reihenschaltung in Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet,
daß der nicht am Wechselspannungsanschluß liegende Anschluß der beiden Abschaltentlastungskondensatoren (CS1, CS2) jeweils unmittelbar an den Speicherkondensator (C₀) geschaltet ist und
daß zudem bei der Dimensionierung der ohmschen Widerstände R₀₁, R₀₂ und des Speicherkondensators C₀ die Bedingung K · (R₀₁ + R₀₂) · C₀ < Te, minerfüllt ist, wobei 2K4 ist und mit Te, min die Mindestleitzeit der Halbleiterschalter (T₁, T₂) bezeichnet ist (Fig. 1).
daß der nicht am Wechselspannungsanschluß liegende Anschluß der beiden Abschaltentlastungskondensatoren (CS1, CS2) jeweils unmittelbar an den Speicherkondensator (C₀) geschaltet ist und
daß zudem bei der Dimensionierung der ohmschen Widerstände R₀₁, R₀₂ und des Speicherkondensators C₀ die Bedingung K · (R₀₁ + R₀₂) · C₀ < Te, minerfüllt ist, wobei 2K4 ist und mit Te, min die Mindestleitzeit der Halbleiterschalter (T₁, T₂) bezeichnet ist (Fig. 1).
2. Schaltungsanordnung zur Abschaltentlastung eines Wechselrichterzweigpaares
aus zwei zwischen den Polen einer Gleichspannungsquelle angeordneten, gategesteuerten
Halbleiterschaltern,
- - deren Verbindung den Wechselspannungsanschluß darstellt,
- - denen jeweils eine Freilaufdiode antiparallelgeschaltet ist,
- - die in Reihe mit einer linearen, den Stromanstieg beim Einschalten begrenzenden Drosselspule geschaltet sind,
- - denen jeweils eine Reihenschaltung aus einem mit seinem einen Anschluß direkt an die unmittelbare Verbindung der Halbleiterschalter angeschlossenen Abschaltentlastungskondensator und einer Abschaltentlastungsdiode parallelgeschaltet ist und
- - denen jeweils ein Speicherkondensator zugeordnet ist, der mit seinem einen Anschluß direkt an dem zugehörigen Pol der Gleichspannungsquelle liegt und mit seinem anderen Anschluß mit dem Verbindungspunkt zwischen Abschaltentlastungsdiode und Abschaltentlastungskondensator der zugehörigen Reihenschaltung in Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet,
daß der nicht am Wechselspannungsanschluß liegende Anschluß der beiden Abschaltentlastungskondensatoren (CS1, CS2) jeweils unmittelbar an den nicht mit dem Pol der Gleichspannungsquelle (Ud ) verbundenen Anschluß des jeweiligen Speicherkondensators (₀₁, C₀₂) geschaltet ist,
daß jedem Speicherkondensator (C₀₁, C₀₂) ein ohmscher Widerstand (R₀₁, R₀₂) parallelgeschaltet ist und
daß zudem bei der Dimensionierung der ohmschen Widerstände R₀₁, R₀₂ und der Speicherkondensatoren C₀₁, C₀₂ die Bedingungen K · R₀₁ · C₀₁ < Te, min bzw. K · R₀₂ · C₀₂ < Te, minerfüllt sind, wobei 2K4 ist und mit Te, min die Mindestleitzeit der Halbleiterschalter (T₁, T₂) bezeichnet ist (Fig. 2).
daß der nicht am Wechselspannungsanschluß liegende Anschluß der beiden Abschaltentlastungskondensatoren (CS1, CS2) jeweils unmittelbar an den nicht mit dem Pol der Gleichspannungsquelle (Ud ) verbundenen Anschluß des jeweiligen Speicherkondensators (₀₁, C₀₂) geschaltet ist,
daß jedem Speicherkondensator (C₀₁, C₀₂) ein ohmscher Widerstand (R₀₁, R₀₂) parallelgeschaltet ist und
daß zudem bei der Dimensionierung der ohmschen Widerstände R₀₁, R₀₂ und der Speicherkondensatoren C₀₁, C₀₂ die Bedingungen K · R₀₁ · C₀₁ < Te, min bzw. K · R₀₂ · C₀₂ < Te, minerfüllt sind, wobei 2K4 ist und mit Te, min die Mindestleitzeit der Halbleiterschalter (T₁, T₂) bezeichnet ist (Fig. 2).
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ID=25894472
Family Applications (1)
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DE4106045C1 (en) | Multi-phase semiconductor three-stage AC inverter - has low inductance capacitors which limit sheet duration voltage transients |
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: CEGELEC AEG ANLAGEN UND ANTRIEBSSYSTEME GMBH, 1227 |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ALSTOM POWER CONVERSION GMBH, 12277 BERLIN, DE |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |