DE1013003B

DE1013003B - Arrangement for spark-free commutation of inverters

Info

Publication number: DE1013003B
Application number: DEL22329A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Brehm
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1955-06-30
Filing date: 1955-06-30
Publication date: 1957-08-01

Description

DEUTSCHESGERMAN

Bei Wechselrichtern, die nach dem Zerhackerprinzip arbeiten, wird abwechselnd die eine und die andere Hälfte der mit einer Mittelanzapfung versehenen Primärwicklung des Wechselrichtertransformators durch das schaltende Element (schwingende Zunge, rotierender Quecksilberstrahl) an die Batteriespannung gelegt. Die beiden Wicklungshälften führen abwechselnd den erforderlichen Magnetisierungsstrom und sind für die Ausbildung jeweils einer Halbwelle der zu erzeugenden Wechselspannung verantwortlich. Der Übergang von einer Halbwelle zur nächsten — genannt Wechselrichterkommutierung — vollzieht sich in der Weise, daß das schaltende Element die eine Wicklungshälfte von der Batterie abschaltet, dann folgt eine für die Batterie stromlose Lücke, während welcher sich das schaltende Element von einem Kontakt zum nächsten bewegt, und schließlich wird die andere Wicklungshälfte an die Batterie angeschlossen. Es ist nun nicht möglich, den Magnetisierungsstrom am Ende einer Halbperiode einfach abzuschalten. Das würde wegen des erzeugten Lichtbogens zur Zerstörung des Schaltorgans führen. Es ist bekannt, parallel zur Transformatorwicklung einen Kommutierungskondensator vorzusehen, der die Aufgabe hat, während der Kommutierungslücke den Magnetisierungsstrom des Transformators weiterfließen zu lassen. Dieser Kondensator bildet mit der Transformatorinduktivität einen Schwingungskreis, der während der Kommutierungslücke in Funktion tritt. Die am schaltenden Organ (schwingende Zunge, rotierender Quecksilberstrahl) nach der Kontakttrennung auftretende Spannung (Schalterspannung) wird nunmehr durch den Verlauf der am Kommutierungskondensator auftretenden Spannung bestimmt. Für das Auftreten von Lichtbogen bei der Kontakttrennung ist maßgebend, ob die Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung größer oder kleiner ist als die Durchschlagsfestigkeit der Schaltstrecke nach der Kontakttrennung. Bei gegebener Wechselrichterkonstruktion besteht zur Verbesserung der Kommutierung nur die Möglichkeit, den Kommutierungskondensator immer mehr zu vergrößern. Diesem Verfahren sind aber praktische und wirtschaftliche Grenzen gesetzt.In the case of inverters that work according to the chopper principle, one and the other will alternate Half of the primary winding of the inverter transformer with a center tap through the switching element (vibrating tongue, rotating mercury beam) to the battery voltage placed. The two halves of the winding alternately carry the required magnetizing current and are responsible for the formation of a half-wave of the alternating voltage to be generated. The transition from one half-wave to the next - called inverter commutation - takes place in such a way that the switching element disconnects one half of the winding from the battery, then This is followed by a gap that is currentless for the battery, during which the switching element moves away from a contact moved to the next, and finally the other half of the winding is connected to the battery. It is now not possible to simply switch off the magnetizing current at the end of a half cycle. That would lead to the destruction of the switching element because of the arc generated. It is known in parallel to provide a commutation capacitor for the transformer winding, which has the task of during the commutation gap to let the magnetizing current of the transformer continue to flow. This capacitor forms an oscillating circuit with the transformer inductance, which during the commutation gap comes into operation. The one on the switching organ (swinging tongue, rotating Mercury beam) voltage (switch voltage) occurring after contact separation is now determined by the course of the voltage occurring at the commutation capacitor. For the appearance of arcing during contact separation is decisive whether the rate of rise of the voltage is greater or less than the dielectric strength of the switching path after contact separation. Given the inverter design, the only way to improve commutation is: to enlarge the commutation capacitor more and more. However, these procedures are practical and economic limits set.

Die Erfindung geht einen anderen Weg. Zum Zwecke funkenfreien Schaltens muß verhindert werden, daß sich der Kommutierungskondensator zu schnell entlädt. Diesem Zwecke diente in bisher bekannter Weise die Vergrößerung der Kapazität. Erfindungsgemäß wird dem kleiner als an sich notwendig ausgelegten Kommutierungskondensator ein zusätzlicher Schwingungskreis von solcher Eigenfrequenz parallel geschaltet, daß dieser während der Kommutierungslücke auf den Kommutierungskondensator im Sinne einer Aufrechterhaltung des augenblicklichen Anordnung zur funkenfreien
Kommutierung von WechselrichternThe invention takes a different approach. For the purpose of spark-free switching, the commutation capacitor must be prevented from discharging too quickly. This purpose was served by increasing the capacity in a manner known up to now. According to the invention, the commutation capacitor, which is designed to be smaller than necessary, is connected in parallel with an additional resonant circuit with a natural frequency such that it is spark-free during the commutation gap on the commutation capacitor in order to maintain the instantaneous arrangement
Commutation of inverters

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22LICENTIA Patent Administration - G. m. B. H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dipl.-Ing. Karl Brehm, Berlin-Lankwitz,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Karl Brehm, Berlin-Lankwitz,
has been named as the inventor

Ladungszustandes rückwirkt. Die Verwendung von Schwingungskreisen als Siebglieder ist an sich bekannt.State of charge acts back. The use of oscillation circles as sieve members is known per se.

Neu jedoch ist die Anordnung mit einem Kommutierungskondensator angegebener Bemessung zur Verbesserung der Kommutierung.What is new, however, is the arrangement with a commutation capacitor of the specified rating for improvement the commutation.

An Hand von Fig. 1 sei der Erfindungsgedanke näher erläutert. Die Batterie 1 speist den Wechselrichtertransformator 3 über den Wechselrichter 2. Dem Transformator 3 ist sekundärseitig ein kleiner Kommutierungskondensator 4 parallel geschaltet. Es ist für die vorliegende Erfindung ohne Belang, ob der Kondensator 4 primär- oder sekundärseitig an den Transformator angeschaltet wird. Die Induktivität 7 bildet mit der Kapazität 6 den an sich bekannten Schwingungskreis. Der Verbraucher ist mit 15 bezeichnet. The idea of the invention will be explained in more detail with reference to FIG. 1. The battery 1 feeds the inverter transformer 3 via the inverter 2. The transformer 3 is a small one on the secondary side Commutation capacitor 4 connected in parallel. It is irrelevant to the present invention whether the Capacitor 4 is connected to the transformer on the primary or secondary side. The inductance 7 forms with the capacitance 6 the oscillation circuit known per se. The consumer is denoted by 15.

Die Fig. 2 und 3 zeigen beispielsweise weitere An-Ordnungen des Kommutierungsschwingungskreises. Die der Fig. 1 entsprechenden Schaltelemente wurden mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wird zu Beginn einer Halbwelle die eine Wicklungshälfte des Transformators 3 über das schaltende Element 2 an die Batterie angeschlossen, so wird zunächst der Kommutierungskondensator 4 über die Transformatorstreuinduktivität 5 aufgeladen. Die Einschaltschwingung des Kondensators 4 ist nach wenigen Perioden hoher Frequenz abgeklungen und hat keinen weiteren Ein-FIGS. 2 and 3 show, for example, further arrangements of the commutation oscillation circuit. The switching elements corresponding to FIG. 1 have been given the same reference numerals. Will at the beginning a half-wave one winding half of the transformer 3 via the switching element 2 to the When the battery is connected, the commutation capacitor 4 is first connected via the transformer leakage inductance 5 charged. The switch-on oscillation of the capacitor 4 is higher after a few periods Frequency has subsided and has no further input

nuß auf die zu erzeugende Halbwelle. Gleichzeitig wird aber auch der Schwingungskreis 6/7 an Spannung gelegt, und der Kondensator 6 lädt sich über die Drosselspule 7 ebenfalls in Form einer Schwingung auf. Die Frequenz dieser Schwingung liegt jedoch erfmdungsgemäß in der Nähe der Nennfrequenz des Wechselrichters.nut to the half-wave to be generated. At the same time, however, the oscillating circuit 6/7 is also energized placed, and the capacitor 6 is charged via the choke coil 7 also in the form of an oscillation on. However, according to the invention, the frequency of this oscillation is close to the nominal frequency of the Inverter.

In Fig. 4 ist diese Schwingung dargestellt. Der Schwingkreisstrom /5/6 ist bis zum Zeitpunkt J₁ ein Ladestrom des Kondensators 6. Die Kondensator-This oscillation is shown in FIG. 4. The resonant circuit current / 5/6 is a charging current of the capacitor 6 up to the point in time J _1.

709 590/136709 590/136

spannung U_ce steigt. Nach dem Zeitpunkt J₁ ist der Schwingkreisstrom ein Entladestrom des Kondensators 6. Bis zum Zeitpunkt^ fließt der Strom/5/6 von dem Kommutierungskondensator 4 weg. Nach dem Zeitpunkt t_t fließt er diesem zu und versucht, dessen Spannung zu erhöhen bzw. der Entladung von Kondensator 4 entgegenzuwirken. Erfolgt die Kontakttrennung am Wechselrichter 2 zu einer Zeit, die nach dem Zeitpunkt t_x liegt, z. B. zum Zeitpunkt i_a, so wird erfindungsgemäß die Kommutierung des Wechselrichters durch den Rückstrom /5/6 unterstützt. Die Schalterspannung u_s ist gleich der Differenz von Batteriespannung E und eingeprägter EMK B₁, wobei E₁ durch die Gesamtheit der auf der Sekundärseite des Transformators befindlichen Induktivitäten und Kapazitäten beeinflußt wird. Aus Bemessungsgründen ist jedoch hauptsächlich die Schwingung des Kreises 6/7 für den Verlauf von B₁ bestimmend. u_s = E — B₁. Durch geeignete Bemessung kann erreicht werden, daß die Schalterspannung u_s positiv oder negativ, aber auch, daß sie während der Kommutierungslücke fast Null wird. Der letztere Fall ist der erfindungsgemäß angestrebte Fall. Wie Versuche ergeben haben, konnte auch bei großen Wechselrichterleistungen noch eine praktisch funkenfreie Kommutierung erreicht werden.voltage U _ce increases. After the point in time J ₁ , the resonant circuit current is a discharge current of the capacitor 6. Up to the point in time ^, the current / 5/6 flows away from the commutation capacitor 4. After time t _t, it flows to this and tries to increase its voltage or to counteract the discharge of capacitor 4. If the contact is separated on the inverter 2 at a time which is after the point in time t _x , e.g. B. at time i _a , the commutation of the inverter is supported by the reverse current / 5/6 according to the invention. The switch voltage u _s is equal to the difference between the battery voltage E and the impressed EMF B ₁ , E _{1 being influenced} by the entirety of the inductances and capacitances on the secondary side of the transformer. For reasons of dimensioning, however, it is mainly the oscillation of circle 6/7 that determines the course of B _1. u _s = E - B ₁ . By suitable dimensioning it can be achieved that the switch voltage u _{s is} positive or negative, but also that it becomes almost zero during the commutation gap. The latter case is the case aimed at according to the invention. As tests have shown, a practically spark-free commutation could still be achieved even with large inverter powers.

Claims

PATENTED KITCHEN:

1. Arrangement for spark-free commutation of inverters (chopper), characterized in that an additional oscillating circuit reacts during the commutation gap on the smaller than necessary designed Komnaii * tierungskondensator in the sense of maintaining the current state of charge. ^:

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the natural frequency of the Kornmu--., oscillation circuit near the nominal frequency of the inverter. :

3. Arrangement according to claim 1, characterized in core shows that the commutation vibration, circle is effective for each half-wave of the alternating voltage to be generated. : ■:

1 sheet of drawings