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DE1613620A1 - Vorrichtung zum Steuern eines Wechselrichters - Google Patents

Vorrichtung zum Steuern eines Wechselrichters

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DE1613620A1
DE1613620A1 DE1967D0053957 DED0053957A DE1613620A1 DE 1613620 A1 DE1613620 A1 DE 1613620A1 DE 1967D0053957 DE1967D0053957 DE 1967D0053957 DE D0053957 A DED0053957 A DE D0053957A DE 1613620 A1 DE1613620 A1 DE 1613620A1
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DE
Germany
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pulse
pulses
ignition
extinguishing
load
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DE1967D0053957
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DE1613620B2 (de
Inventor
Arne Jensen
Petersen Tom Kastrup
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Danfoss AS
Original Assignee
Danfoss AS
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Publication date
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Description

DR-INQ. ULRICH KNOBLAUCH 161 3820 ~ ' PATENTANWALT
POeTeCHECK-KQNTO FRANKFURT/M. 348* DRESDNER BANK, FRANKFURT/M. 083 708
DAHPOSS A/S, Nordfeorg, Dänemark
Vorrichtung zum Steuern eines Wechselrichters
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern eines Wechselrichters, der zwei erste, durch Zündimpulse gesteuerte -Gleichrichter für den Laststrom und zwei zweite, durch Löschimpulse gesteuerte Gleichrichter zum Löschen der ersten Gleichrichter aufweist«
Zum Steuern eines Wechselrichters dieser Art benötigt man vier Impulsarten, die eine genaue zeitliche Zuordnung zueinander haben müssen. Zu Beginn einer Durchlaßperiode, für den einen Last-Gleichrichter muß ein Zündimpuls gesendet werden, aber erst nachdem ein Löschimpuls den anderen Last-Gleichrichter gesperrt hat. Am Ende dieser Durchlaßperiode muß ein Lösehimpuls gesendet werden, um den erstgenannten Last-Gleichrichter zu sperren, auf den gleich anschließend ein Zündimpuls, zum Zünden des zweiten Last-Gleichrichters folgen muß. Hierbei sollen der Löschimpuls und der folgende Zündimpuls eine deutliche zeitliche Trennung 'aufweisen^ andererseits, aber feeinen der Wirkungsgrad des Wechselrichters herabsetzenden Zwischenraum zwischen sich lassen. Die bekannten Impulsgeneratoren füi» diesen Anwendungszweck besaßen sehr komplizierte Schaltungen,
Neue Unterlagen (
1613820
33er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung anzugeben, die mit einem sehr einfachen Schaltungsaufbau aus» kommt.
Biese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine ein Abbild der gewünschten Spannung an der Last darstellende leehteckwelle und eine gleiche, aber entgegengesetzte Phase aufweisende Rechteekwelle vorgesehen werden und beide Rechteckwellen einerseits zur Bildung der löschimpulse unmittelbar und andererseits zur Bildung der Zündimpulse nach einer Verzögerung differenziert werden.
Eine Rechteckwelle entgegengesetzter Phase läßt sich mit einfachsten Mitteln darstellen. Beide Rechteckwellen können dann in gleicher Weise behandelt werden, wobei unter Verwendung gleichartiger Differentiationsglieder eine Rechteekwelle für die Impulse an der jeweils einen Planke und die andere Rechteekwelle für die Impulse an der jeweils anderen Planke der Eingangsspannung verantwortlich ist.
Sine besonders günstige Schaltung ergibt sich, wenn die beiden Rechteckwellen entgegengesetzter Phase an den beiden Ausgängen eines einen Differenzverstärker oder einen Gegentaktverstärker aufweisenden Nulldetektors hoher Verstärkung abgenommen werden, dessen Eingang mit einem wenigstens den Nulldurchgängen der gewünschten Spannung an der Last entsprechenden Signal gespeist wird. Durch die Ausnutzung beider Ausgänge des Nulldetektors erhält man ohne jeden weiteren -Umstand die gewünschten gegenphasigen Rechteckwellen.
Insbesondere kann man einen Differenzverstärker mit zwei komplementären Transistpren in beiden Zweigen verwenden, wobei das
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Eingangssignal an die Basis des ersten und der Nullpunkt an die Basis des zweiten Eingangstransistors gelegt ist und die Rechteckspannungen an den Kollektoren der beiden Ausgangstransistoren abgegriffen werden. Diese Schaltung ermöglicht es, über den einfachen Aufbau hinaus, den Nulldetektor äußerst symmetrisch zum Nullpunkt arbeiten zu lassen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können an die beiden Ausgänge des Nulldetektors je ein RC-Differentiationsglied für den Löachimpuis direkt und die Eingänge eines symmetrisch gesteuerten DifferenzVerstärkers angeschlossen sein, an dessen Ausgängen jeweils ein RC-Differentiationsglied für den Zündimpuls hängt. Beachtenswert ist hierbei, daß ein eigentliches Zeitverzögerungsglied fehlt. Die Verzögerung ergibt sich nämlich allein dadurch, daß die Planken der am Nulldetektor abgenommenen Rechteckspannungen durch das Löschimpuls-Differentiationeglied abgeflacht werden.· Infolge dieser Abflachung wird der nachgeschaltete Differenzverstärker erst mit einer kleinen zeitlichen Verzögerung voll ausgesteuert.
An den Ausgang jedes Differentiationsgliedes kann eine bekannte Impulsverstärker/mit einem Impulstransformator angeschlossen sein, um außer der Verstärkung auch eine galvanische Trennung zu erzielen.
Zweckmäßigerweise besitzt der dem Zündinpuls vorausgehende Löschimpuls eine solche Länge, daß er den Zündimpuls teilweise überlappt. Auf diese Weise gelingt es im Starkstromteil, über den gerade gezündeten Last-Gleichrichter den Kommutierungs-Kondensator des gerade zu löschenden Lösch-Gleichrichters nachzuladen.
In weiterer Ausgestaltung kann zumindest die Impulsverstärkerstufe für fliß Zündimpulse durch «inen Schalter an die Speisespannung legbar sein, der verzögert gegenüber der Einschaltung
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der Impulsverstärkerstufen für die Löschimpulse einschaltbar ist. Damit ist sichergestellt, daß im Lastkreis zunächst die Löschschaltungen vorbereitet werden, ehe die Last eingeschaltet wird und nicht etwa mangels Vorbereitung der Löschschaltung die Last-Gleichrichter nicht mehr abgeschaltet werden können.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Impulsgenerator im Blockschaltbild,
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Eingangsspannung und der Ausgangsimpulse,
Fig. 3 die Schaltung eines zu betreibenden Wechselrichters und
Fig. 4 das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Impulsgenerators.
Fig. 1 zeigt, daß einem Nulldetektor 1 ein Eingangssignal zugeführt wird, bei dem zumindest die Hulldurchgänge der gewünschten Spannung an der Last entsprechen. Der Nulldetektor besitzt zwei Ausgänge 2 und 3. Vom Ausgang 2 geht ein erster Zweig zu einem Differentiationsglied 4 und ein zweiter Zweig über ein Zeitverzögerungsglied 5 zu einem Differentiationsglied 6. Vom Ausgang 3 geht ein erster Zweig zu einem Differentiationsglied 7 und ein zweiter Zweig über ein Zeitverzögerungsglied zu einem Differentiationsglied 9· Jedem Differentiationsglied ist eine Impulsstufe 10-13, vorzugsweise in der Form eines Impulstransformators, zugeordnet. An diesen Impulsstufen können die Löschimpulee 1. und 1« so wie die Zündimpulse z* und
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Z2 abgenommen werden. Die Löschimpulse -, ■ werden sofort beim Einschalten der Vorrichtung abgegeben, die Zündimpulse erst nach Einlegen einös Schalters K, so daß zunächst nur Löschimpulse und erst dann Zünd- und iiöschimpulse erzeugt werden. % -
Fig. 2 zeigt in der ersten Zeile das Signal b, das am Ausgang 2 des Nulldetektors 1 abgenommen wird. Das Signal b1 am Ausgang 3 hat die gleiche Form, ist aber in der Phase entgegenge/ Es ist ohne weiteres erkennbar, daß die Schaltung die Impulse I1, Z1, Zp und 1p erzeugt. Die Zündimpulse folgen dem zugehörigen Löschimpuls Jeweils mit kurzem Abstand, aber dergestalt, daß sie sich noch Überlappen, wie es die Zeilen 2-5 der Pig. zeigen. Auf diese Weise kann im Starkstromteil eine Spannung W gemäß der 6. Zeile dieser T?igur erzeugt werden. Als Beispiel sei erwähnt, daß die Impulse eine Gesaratdauer von 30 bis 40 /us haben und sich mit etwa 10/us überlappen.
Im Starkstromteil der Fig. 3 steht zur Speisung der Phase W eine positive und eine negative Spannung von'je 300 V zur Verfugung. Der Hauptstrompfad geht .einerseits vom positiven Pol der Spannungsquelle über einen Widerstand R3» einen steuerbaren Last-Gleichrichter Es2, einen Sperrgleichrichter E2 und die erste Hälfte einer Umschwingdros'sel sL3 zur Klemme W. In der nächsten Halbwelle fließt der Strom von der Klemme W über die andere Hälfte der Umschwingdrqssel 13, einen Sperrgleichrichter E5, einen zweiten Last-Gleichrichter Es4 und einen Widerstand R4 zum negativen Pol der Spannungsquelle* Dem Lastgleichrichter Es2 ist ein Kommutierungskreis -zugeordnet, der durch einen Löschgleichrichter Es1 in Reihe mit einem Kondensator 01 und überbrückt durch die Reihenschaltung einer pio'de E1 und einer Umschwingdrossel L1 gebildet ist. In gleicher We^se besitzt der Last-Gleichrichter Es4 einen Kommutierungskreis', der aus einem Lösch-
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·* Q M
Gleichrichter Es3 in Reihe mit einem Kondensator 02 und überbrückt durch die Reihenschaltung eines Gleichrichters E4 und einer TJmschwingdrossel L2 besteht. Die Zünd- und löschimpulse für die einzelnen Gleichrichter Es1, Es2, Ee3 und Es4 werden an die Klemmen JW, 2W, 3W und 4W gelegt. Hierbei werden die Impulse über die Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators geführt, nämlich R7-C3, R8-C5, R1O-C7 und R12-C9.
Der Last-Gleichrichter Es2, der Sperrgleichrichter E2 und die Umschwingdrossel L3 werden durch gegenseitig geschaltete Freilauf dioden E3 und E7 überbrückt. In ähnlicher Weise werden die Umschwingdrossel L3, der Sperrgleichrichter E5 und der Last-Gleichrichter Es4 durch die gegensinnig geschalteten Freilauf-Gleichrichter E6 und E8 überbrückt. Sodann ist ein Widerstand R1 vorhanden, der die "Anoden" der beiden Last-Gleichrichter Es2, Es4 verbindet, und ein Widerstand R2, der die "Kathoden" dieser beiden Last-Gleichrichter verbindet.
Fig. 4 zeigt eine Schaltung des Impulsverstärkers zum Steuern der gesteuerten Gleichrichter Es1-Es4. Es steht eine Speisespannung von +22V und -22V zur Verfügung. Das^Mn8gI!i!l!nilnfache Rechteckwelle oder ein moduliertes höherfrequentes Signal sein, beispielsweise mit Dreieckform und einer Frequenz von 1000 Hz, ein niederfrequentes Signal, beispielsweise mit Srapezform und einer Frequenz von 5-95 Hz, und ein Signal W, das von der entsprechenden Klemme des Starkstromteils als Rückführung abgenommen wird. Ausgangssignal sind die Lösch- und Zündimpulse I1, 12> Z1 und Z2» die an den Klemmen 1W, 2W und 3W, 4W abnehmbar sind. Das Signal W wird über einen Widerstand R14 und einen Glättungskondensator 0131 dem zwei antiparallel geschaltete Amplituden-Begrenzer in Form zweier Dioden E5 und E6 parallel geschaltet sind, an den Nullpunkt des Systems geführt. Daher kann über den Widerstand R15 ein Korrektursignal so zugeführt werden, daß das Niveau des nachgeschalteten Verstärkers derart Verschoben wird, daß der
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Gleichstromgehalt kompensiert wird.
Durch die Widerstände R 15, R13 und R32 werden das zuletzt genannte Signal, das höherfrequente Signal e und das niederfrequente Signal T summiert und deren Summe dem Eingang eines Nulldetektors zugeführt. Dieser besteht im wesentlichen aus einem Differenzverstärker wo jeder Zweig mit zwei Eingangs-Transistoren Trl4 (Tr15) und Tr7 (Tr8) versehen ist, wobei das Eingangssignal an die Baie des Transistors Tr1,4 und der Nullpunkt des Systems an die Basis des Transistors Tr15 gelegt ist. Als Ausgangsverstärker dienen zwei Transistoren Tr? und Tr8, deren Emitter jeweils eine Diode E17 und E18 vorgeschaltet ist. Somit kann am Ausgang 2 die Rechteckwelle b und am Ausgang 3 die gegenphasige Rechteckwelle b1 abgenommen werden. Die Rechteckwelle b wird über einen Kondensator C15 differenziert und das Signal über eine Impulsstufe, bestehend aus einem Transistor Tr9 und einem Transformator T2, an die Ausgangsklemme 1W abgegeben. Das Ausgangssignal b1 wird über einen Kondensator CH differenziert und das Signal über eine Impulsstufe bestehend aus einem Transistor Tr6 und einem Transformator T1 an die Ausgangsklemme 1W gegeben. Des weiteren werdqn die beiden Signale b und V über Widerstände R30 und R31 an die Eingänge eines symmetrisch gesteuerten Differenzverstärkers mit den beiden Transistoren Tr11 und Tr12 gelegt, deren Ansprechspannung durch eine Zenerdiode Ez3 festgelegt ist. Die beiden Ausgangssignale werden über Kondensatoren C 16 und C17 differenziert sowie mit Hilfe von Impulsstufen, bestehend aus Transistor TrIO und Transformator T3 bzw. Transistor Tr13 und Transformator T4 als Zündimpuls Z1 und Zp an die Klemmen 2W und 4W gegeben.
Die beiden letztgenannten Transformatoren T3 und T4 sind nur dann wirksam, wenn ein Schalter K eingelegt wird, während die Transformatoren T1 und T2 sofort beim Einschalten des Hauptschalters
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I b I J ο IU
'Signale abgegeben werden. Damit ist sichergestellt, daß die Last-Gleichrichter Es2 und Es4 erst zum Zünden gebracht werden können, nachdem die zugehörigen Kommutierungskreise vorbereitet sind.
Die Flanken der Signale b und b1 werden durch die Differentiation an den Kondensatoren CH und C15 abgeflacht. Da der Differenzverstärker mit den Transistoren Tr11 und Tr12 erst bei einer vorgegebenen Spannung durchlässig wird, genügt die Abflachung der Planken, um eine gewünschte Zeitverzögerung zwischen den Zündimpulsen und den Löschimpulsen zu erzielen.
Beim Einschalten des Hauptschalters werden zunächst nur Löachimpulse abgegeben. Beim L'öschimpuls 1. lädt sich der Kommutierungs-Kondensator C1 über den zugehörigen Lösch-Gleichrichter Es1 und den Widerstand R2 auf. Beim Löschimpuls I2 lädt sich der Kommutierungskondensator C2 über den Widerstand R1 und den zugehörigen Lösch-G-leichrichter Es3 auf. Wird nun der Schalter K eingelegt, so folgt einem Löschimpuls unmittelbar ein Zündimpuls. Beim Auftreten des Zündimpulses z. fließt ein Laststrom von der positiven Klemme der Spannungsquelle über den Lastgleichrichter Es2, den Sperrgleichrichter E2und die Umschwingdrossel L5 zur Quelle W, Gleichzeitig wird der Kondensator CT umgeladen, indem ein Strom über den Last-Gleichrichter Es2 die Diode E1 und die Umschwingdrossel L1 fließt. Des weiteren kann ein Nachladen des Kondensators C2 erfolgen, weil von der Umschwingdrossel L3 über den Sperrgleichrichter E5 ein Strom nachfließen kann, solange v/egen der Überlappung von Löschimpuls und Zündimpuls der Löschgleichrichter Es3 noch geöffnet ist.
Der Last-Gleichrichter Es2 bleibt offen, solange mindestens ein Haltestrom hindurchfließt. Wenn ein Löschimpuls I1 an den Löschgleichrichter Es1 gegeben wird, entlädt sich der
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Kondensator 01 über den Läst-Gleichriehter Es2, so daß dieser mangels ^altestrom erlischt. Unmittelbar darauf wird der Last-Glelchriehter Es4 gezündet und das Spiel setzt sich mit der negativen Halbwelle des Laststroms fort.Auch hier wird der Kondensator 02 über den zugehörigen Last-Gleichrichter, die tJmschwingdrossel L2 und die Diode E4 umgeladen.. Auch kann wegen der Überlappung von Zündimpuls und Lösehimpuls der Kondensator CI nachgeladen werden, so daß er für den nächsten Umschwingvorgang wieder zur Verfügung steht.
für den fall, daß die Belastung an der Quelle W induktiv ist, fließt der Strom auch bei Schließen des Last-Gleichrichters Es2 in der gleichen Richtung weiter, wobei an der Klemme W eine negative Spannung entsteht, die niedriger liegt als die Spannung am negativen Pols der Spannungsquelle« Infolgedessen fließt ein Strom über die freilauf-Dioden.E6 und e8, bis sich der Strom in der Phase W umkehrt.
Allerdings ist der Strom in der Belastung bei Löschen des Last-Gleichrienters Es4 schon längst wieder abgeklungen. Mangels Haltestrom wäre daher dieser Gleichrichter schon wieder erloschen, wenn nicht über den Widerstand RI ein unter allen Umständen wirkender Haltestrom über den Lastgleichriehter Es4 geleitet werden würde. In analoger Weise wirken die freilauf-Moden E3 und E? sowie der Widerstand R2 beim Zünden des Last- · Gleichrichters Es2. ·
Die Bemessung der Widerstände R1 und R2 sollte so geschehen, daß einerseits die Kondensatoren 01 und 02 nach wenigen Perioden, z.B. nach zwei Perioden, aufgeladen sind, andererseits aber während des Kormalbetriebs keine große"Leistung über diese beuten Widerstände geführt wird. In der angegebenen Schaltung können die Widerstände beispielsweise 20 Kiloohm haben. Wenn die Kondensatoren 01 und 02 eine Kapazität von 0,2 /uf besitaen, erfolgt a±e Aufladung in etwa 10 ma»

Claims (6)

  1. Patentansprüche
    hy Vorrichtung zum Steuern eines Wechselrichters, der zv/ei erste, durch Zündimpulse gesteuerte Gleichrichter für den Laststrom und zwei zweite, durch Löschimpulse gesteuerte Gleichrichter zum Löschen der ersten Gleichrichter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine ein Abbild der gewünschten Spannung an der Last darstellende Rechteckwelle und eine gleiche, aber entgegengesetzte Piiase aufweisende Rechteckwelle vorgesehen wird und beide Rechteckwellen einerseits zur Bildung der Löschimpulse unmittelbar und andererseits zur Bildung der Zündimpulse nach einer Verzögerung differenziert werden.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rechteckwellen entgegengesetzter Phase an den beiden Ausgängen eines einen Differenzverstärkepbder einen Gegentaktverstärker aufweisenden Nulldetektors hoher Verstärkung abgenommen werden, dessen Eingang mit einem wenigstens den Nulldurchgängen der gewünschten Spannung an der Last entsprechenden Signal gespeist wird.
    ι-
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Differenzverstärker mit zwei komplementären Transistoren in beiden Zweigen, wobei das Eingangssignal an die Basis des ersten und der Nullpunkt an die Basis des zweiten EiH-gangstransistors gelegt ist und die Rechteckspannungen an den Kollektoren der beiden Ausgangstransistoren abgegriffen werden.
    Neue Unteriaoen (au 711 Al». 2 Nr. ι satz-a <*m tnämimm**, v. *. 9.1 009849/0470
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3f dadurch gekennzeichnet, daß an die beiden Ausgänge des Nulldetektors je ein RC-Differentiationsglied für den Löschimpuls direkt und die Eingänge eines symmetrisch gesteuerten Differenzverstärkers angeschlossen sind, an dessen Ausgängen jeweils ein RC-Differentiationsglied für den Zündimpuls hängt.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekannzeichnet, daß an den Ausgang jedes Differentiationsgliedes eine bekannte Impul8ver8tärkerstufe mit einem Impulstransformator angeschlossen ist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß der dem Zündimpuls vorausgehende Löschimpuls eine solche Länge besitzt, daß er den Zündimpuls teilweise überlappt.
    7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindestdie ImpuleverstKrkerstufen für die Zündimpulse durch einen Schalter an die Speisespannung legbar sind, der verzögert gegenüber der der Einschaltung der Impulsverstärkerstufen für die Löschimpulse einschaltbar ist.
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