DE2045785A1

DE2045785A1 - In Bruckenschaltung angeordneter Wechselrichter mit regelbarer Ausgangs spannung

Info

Publication number: DE2045785A1
Application number: DE19702045785
Authority: DE
Inventors: Pierre Lamanon Nollage (Frank reich) H02p
Original assignee: CIE GENERALE DELECTRONIQUE IND
Current assignee: CIE GENERALE DELECTRONIQUE IND
Priority date: 1969-09-23
Filing date: 1970-09-16
Publication date: 1971-04-01
Also published as: BE756199A; JPS4938896B1; GB1306168A; US3694732A; DE2045785B2; LU61677A1; ES383897A1; NL7013373A; FR2058737A5

Description

Γ 9 9

PATENTANWÄLTE
DR. MOLLER-BOn¹S · DR. MANITZ . DR. DEUFEU

DIPL-ING. FiNSTERWALD . DiPL-iNG. QRÄMKOW 18. SEP 1871

β MÜNCHEN 22, ROBERT-KOCH-STA. 1 *~ ^f

TELEFON 228110

Compagnie G£n£rale d*Electronique Industrielle LBPAUTE 63, Boulevard Bessieres, Paris 17

IN BRÜCKENSCHALTUNG ANGEORDNETER WECHSELRICHTER MIT REGELBARER AUSGANGSSPANNUNG

Die Erfindung betrifft in Brückenschaltung angeordnete Wechselrichter, im besonderen Wechselrichter mit vier in Brückenschaltung liegenden gesteuerten Hauptgleichrichtern, wobei die Last an einem Diagonalzweig der Brücke und die Gleichspannung am anderen Diagonalzweig der Brücke liegt. Diese Wechselrichter bestehen somit gewissermassen aus zwei zu beiden Seiten der Last in Reihe angeordneten Stromrichtern.

Es ist eine Vorrichtung zur Regelung der Auegangsspannung bekannt, bei der die Zündzeitpunkte der einzelnen gesteuerten Gleichrichter gesteuert werden. Bei dieser Vorrichtung wird jeder der gesteuerten Gleichrichter während einer Halbachwingung,

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unter Vernachlässigung der Umschaltzeit leitend gemacht, und die Spannungsregelung erfolgt durch Änderung der Phasenverschiebung der an die gesteuerten Gleichrichter des einen Stromrichters angelegten Steuersignale im Verhältnis zu den an den anderen Stromrichter angelegten Steuersignalen.

In einer solchen Schaltung ist das Bezugspotential des Wechselstromkreises einmal das Potential der positiven Klemme ψ und zum anderen Mal das Potential der negativen Klemme der Gleichstromquelle. Es ist daher nicht möglich, in der Schaltung ein Potential zu erhalten, das als für beide Stromkreise gemeinsames Bezugspotential dienen kann. In einer derartigen Schaltung ist es sehr vorteilhaft, über einen Bezugspunkt zu verfügen, der es beispielsweise gestattet, die beiden Teile der Vorrichtung an die gleiche Masse anzulegen.

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter, der mit zwei Paaren von in Brückenschaltung liegenden gesteuerten Hauptgleichrichtern ausgerüstet ist, wobei die gesteuerten Gleichrichter des einen Paares am positiven Pol der Gleichstromquelle und die gesteuerten Gleichrichter des anderen Paares am negativen Pol der Gleichstromquelle liegen, und wobei die Auegangsspannung des Wechselrichters derart geregelt ist, dass die Zündzeitpunkte der einzelnen gesteuerten Gleichrichter, deren Bezugspotential einen festen Wert hat, verändert werden.

Der erfindungsgemäese Wechselrichter ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die gesteuerten Gleichrichter des

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eines Gleichrichterpaares stets gleichzeitig im leitenden Zustand gehalten werden, au3ser v/enn an die Klemmen der Last die Spannung der Stromversorgungsquelle angelegt wird; diese wird dadurch erzielt, dass einer der gesteuerten Gleichrichter des betreffenden Gleichrichterpaares gesperrt und der gesteuerte Gleichrichter des zweiten, mit diesem in Reihe liegenden Gleichrichterpaares leitend gemacht wird.

Auf diese Weise ist das Bezugspotential der erzeugten Wechselspannung gleich demjenigen des Pols der Gleichstromquelle , an den das gesteuerte Gleichrichterpaar angeschlossen ist, welches während der Ruhezeiten im leitenden Zustand gehalten wird.

Nach einer Ausführungsart der Erfindung gibt der Steuer-Stromkreis der gesteuerten Gleichrichter eine Impulsfolge ab, deren Frequenz doppelt so hoch wie die Betriebsfrequenz ist, sowie eine.zweite Impulsfolge, deren Verzug im Verhältnis zur erstan Impulsfolge-von der an den Klemmen der Last liegenden Wechselspannung abhängt, wobei die Impulse der ersten Impulsfolge die Löschung eines gesteuerten Gleichrichters des ersten Gleichrichterpaares und die Zündung des entsprechenden gesteuerten Gleichrichters des zweiten Gleichrichterpaares auslösen und die Impulse der zweiten Impulsfolge die Rückkehr in den Ausgangszustand bewirken. Die ungeradzahligen Impulse steuern beispielsweise den rechten Stromrichter, und die geradzahligen Impulse steuern den linken Stromrichter.

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Nach einer anderen Ausführungsart der Erfindung gibt der Steuerstromkreis der gesteuerten Gleichrichter zwei periodische Impulsfolgen ab, von denen jade einen Stromrichter steuert, und deren Periode gleich derjenigen der an den Klemmen der Last liegenden Wechselspannung ist. Das Auftreten eines Impulses bewirkt die Löschung eines gesteuerten Gleichrichters des ersten Gleichrichterpaares und die Zündung des entsprechender, gesteuerten Gleichrichters des zweiten Gleichrichterpaares, und bei Ab- ψ Klingen des Impulses erfolgt die Rückkehr in den Ausgangszustand,

Die Erfindung wird im einzelnen mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch einen in Brückenschaltung angeordneten Wechselrichter.

Fig. 2a und'2e sind Schaltbilder, die den Betrieb des erfindungsgenassenWechselrichters veranschaulichen.

Fig. 3a bis 3j und 4a bis 4j sind Schaltbilder, die die in den einzelnen Teilen des Wechselrichters fliessenden Ströme bei niedriger Last und bei Vollast veranschaulichen.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Ausführungsart des Steuerctrostkreises der gesteuerten Gleichrichter.

Fig. 6 veranschaulicht eine weitere Ausführungsart des srfindungsgemässe Steuerstromkreises.

In Fig. 1 ist ein in Brückenschaltung liegender Wechselrichter mit vier gesteuerten Gleichrichtern sehr vereinfacht dargestellt. Es sind nur die gesteuerten Hauptgleichrichter an-

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gegeben, d.h. die gesteuerten Gleichrichter 11 und 21, die mit ihrer Anode am positiven Pol 1 einer Gleichstromquelle liegen und ein erstes Paar von gesteuerten Gleichrichtern bilden, sowie die gesteuerten Gleichrichter 12 und 22, deren Kathode am negativen Pol 2 der Gleichstromquelle liegt und die das zweite Paar der gesteuerten Gleichrichter darstellen. Die Diode 13 (bzw. 23, 14, 2^) ist in entgegengesetzter Richtung zum gesteuerten Gleichrichter 11 (bzw. 21, 12, 22) angeordnet. Die gesteuerten Gleichrichter, die die getrennte Löschung der gesteuerten Hauptgleichrichter vornehmen, bzw. dia Unschaltstromkreise sind in der Fig. nicht dargestellt. Die Teile 11 bis 14 und 21 bis 24 stellen im übrigen zwei mit in Reihe geschalteten gesteuerten Gleichrichtern ausgerüstete Stromrichter dar. Die Last 3 sowie die nicht dargestellten Filter liegen zwischen den gesteuerten Gleichrichtern 11, 11 und 21, 22.

Fig. 2 veranschaulicht den Betrieb des erfindungsgemässen Wechselrichters; darin kennzeichnen die Diagramme 2a, 2b, 2c und ?.e die Betriebszustände der gesteuerten Gleichrichter 11, 12, 21 bzw. 22 und die an den Klemmen dee Diagonalzweige 15-25 erzielte Spannung, an dem die Last liegt. Wenn sich ein gesteuerter Gleichrichter im leitenden Zustand befindet, entspricht seine Kennlinie der Abzissenachse, und wenn er gesperrt ist, entspricht sie einer Geraden, die über der Abzieaenachea liegt. Die Zeitpunkte der Bntionisierung sind nicht angegeben.

Im Ruhezustand, wenn die erzielte Spannung gleich Null ist, befinden sich stete die beiden gesteuerten Gleichrichter

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des einen Gleichrichterpaares in» leitenden Zustand, d.h. im gezeigten Beispiel die Gleichrichter 12 und 22. Die Rechteckwellen der positiven und negativen Spannung werden durch Sperrung eines der gesteuerten Gleichrichter des Gleichrichterpaares 12, 22 und durch Zündung des entsprechenden gesteuerten Gleichrichters des zweiten Gleichrichterpaares erzielt. Durch Sperrung des gesteuerten Gleichrichters 12 und Zündung des gesteuerten Gleichrichters 11 wird somit eine positive Rechteckspannung des Werts E erzielt, wobei E die Spannung der Gleichstromquelle darstellt.

Wie ersichtlich, liegt während aes Ruhezustands die Last 3 an einer Nullspannung, und ihr Potential entspricht demjenigen des Pols 2 der Gleichstromquelle, d.h. dem Potential des Pols, an dem das gesteuerte Gleichrichterpaar liegt, das während des Ruhezustands leitend ist. Dieses Bezugspotential hat einen festen Wertj auf diese Weise wird in der Schaltung ein Potential erzielt, das als für die Hauptstromkreise und Steuerstromkreise gemeinsames Bezugspotential dienen kann.

Die Kurven a bis j der Fig. 3 zeigen die durch die Bauteile 11, 13, 12, 14, 21, 23, 22 bzw. 24 fliessenden Ströme, die an den Klemmen dee Diagonalzweigs 15-25 erzielte Spannung und den Strom, der nach der Filterung und Formierung bei schwacher Last durch den Verbraucher flieset, wenn dieser aus einer auf die Betriebefrequenz abgestimmten Schaltung besteht.

Die Kurven der Fig. 4 weisen die gleichen Grossen für einen bei Vollast betriebenen Wechselrichter auf.

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BAD ORIQINAL

Die Erfindung weist ebenfalls den Vorteil auf, daß durch die Dioden 13 und 23 gar kein Strom fließt, höchstens Stromimpulse während der Umschaltung, die in Fig. 3 und 4 gestrichelt dargestellt sind. Diese Dioden können daher bedeutend schwächer ausgelegt sein als die Dioden 14 und 24, wodurch'der Gestehungspreis herabgesetit wird.

Wenn der Stromkreis 3 auf eine Frequenz abgestimmt ist, die mindestens gleich der Betriebsfrequenz ist, erfolgt Selbstlöschung der gesteuerten Gleichrichter 12 und 22, d. h. beim Durchgang des im Diagonalzweig 15-25 fließenden Stroms durch Null, und die zur Löschung benötigte Energie der gesteuerten Gleichrichter kann beträchtlich verringert werden.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Ausführungsart des Steuerstromkreises des erfindungsgemäßen Wechselrichters. Mit 10 und 20 sind die beiden Stromrichter-Anordnungen mit den Bauteil-en 11 bis 14 sowie 21 bis 24 bezeichnet. Der Stromkreis 31 gibt zwei um eine halbe Periode der Betriebsfrequenz versetzte Impulse ab. Jeder dieser Impulse wird auf eine Schaltung 16 (bzw. 26) gegeben, die beispielsweise eine monostabile Kippstufe aufweist, die einen Impuls liefert, dessen Verzögerung in Bezug auf den Eingangsimpuls veränderlich ist. Die von der Schaltung 31 abgegebenen gleichbleibenden Impulse bewirken das Kippen des einen der beiden Stromrichter; der linke Impuls bewirkt die Löschung des gesteuerten Gleichrichters 12 und die Zündung des gesteuerten Gleichrichters 11, und der rechte Impuls betätigt in ähnlicher Weise den Stromrichter 20.

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Die von den Stromkreisen 16 und 26 abgegebenen Impulse steuern die Rückkehr in den Ruhezustand. Ihre Verzögerung im Verhältnis zu den ersten Impulsen ist abhängig von einem Fehlersignal, das die Vergleichsschaltung 32 abgibt, welche die an den Klemmen der Last liegende Spannung mit einem Bezugswert vergleicht und die Stromkreise 16 bis 26 steuert.

Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsart des Steuerkreises. Der Stromkreis 33 liefert zwei um eine halbe Periode der Betriebsfrequenz versetzte Rechteckspannungssignale. Jedes dieser Signale wird in einer Schaltung 17 (bzw. 27) in der Amplitude begrenzt, und die erhaltenen Impulse 19 (bzw. 29) werden auf eine · Formierungsschaltung 18 (bzw. 28) gegeben, die zwei Steuersignale entsprechend dem Beginn und dem Ende des Impulses 19 (bzw. 29) abgibt. Der Begrenzungspegel wird durch das von der Vergleichsschältung32 abgegebene Fehlersignal gesteuert. Die Amplitudenbegrenzung kann beispielsweise durch Überlagerung der von der Vergleichsschaltung 32 gelieferten Gleichspannung und dem aus der Schaltung 33 stammenden Rechteckspannungssignal erfolgen .

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1 ./'Wechselrichter, bestehend aus zwei in Brückenschaltung angeordneten gesteuerten Hauptgleichrichterpaaren mit zugehörigem Steuerkreis, wobei die gesteuerten Gleichrichter des einen Gleichrichterpaares am positiven Pol der Stromversorgung und die gesteuerten Gleichrichter des anderen Gleichrichterpaares am negativen Pol der Stromversorgung liegen und die Ausgangsspannung des /Wechselrichters durch Steuerung der Zündzeitpunkte der einzelnen gesteuerten Gleichrichter geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die gesteuerten Gleichrichter (ll, 21, 12, 22) des einen Gleichrichterpaares stets zur gleichen Zeit im leitenden Zustand gehalten werden, ausser bei Anlage der Spannung der Stromversorgung an die Klemmen der Last, die dadurch erfolgt, dass einer der gesteuerten Gleichrichter des betreffenden Gleichrichterpaares gesperrt und der gesteuerte Gleichrichter des anderen mit ihm im Reiha liegenden Gleichrichterpaares leitend gemacht wird.
2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstromkreis der gesteuerten Gleichrichter (11, 21, 12, 22) eine Impulsfolge abgibt, deren Frequenz doppelt so hoch wie die Betriebefrequenz ist, und eine zweite Impulsfolge aussendet, deren Verzögerung im Verhältnis zur ersten Impulsfolge von der an den Klemmen der Last liegenden Wechselspannung abhängt, wobei die Impulse der ersten Impulsfolge die Sperrung de« goßtauarten Gloichrichtere de*

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ersten Gleichrichterpaares und die Zündung des gesteuerten Gleichrichters des zweiten Gleichrichterpaares und die Impulse der zweiten Impulsfolge die Rückkehr in den Ausgangszustand bewirken.
3. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstromkreis der gesteuerten Gleichrichter (11, 21, 12, 22) zwei periodische Impulsfolgen

fc abgibt, deren Periode gleich derjenigen der an den Klemmen der Last (3) liegenden Wechselspannung ist, wobei das Auftreten eines Impulses die Sperrung eines gesteuerten Gleichrichters des ersten Gleichrichterpaares und die Zündung des entsprechenden Gleichrichters des zweiten Gleichrichterpaares bewirkt und das Abklingen des Impulses die Rückkehr in den Ausgangszustand hervorruft.
4. Wechselrichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulse dadurch erzielt

* werden, dass einer mit der erzeugten Wechselspannung synchronen Rechteckspannung eine Gleichspannung überlagert wird, die von dem an den Klemmen der Last (3) liegenden Spannungswert abhängt.

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