DE2419195C3 - Schaltungsanordnung zur Zwangskommutierung eines Wechselrichters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach Patent 2012 893 entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1. Diese Schaltungsanordnung ist durch die DE-OS 20 12 893 bekannt

Die in der Schaltungsanordnung gemäß dem Patent 2012 893.2 verwendeten Thyristoren und Dioden werden mit bestimmten Spannungen und Strömen belastet Diesen Werten entsprechend werden bestimmte Thyristoren verwendet deren Grenzdaten nicht überschritten werden dürfen. Hierbei muß neben den Werten, die die maximale Spannung und den maximalen Strom betreffen, auch Wert gelegt werden auf

1. die maximale Stromanstiegsgeschwindigkeit (dildt) beim Ein- und Ausschalten (Ein- und Ausschaltverluste),

2. die maximale Spannungsanstiegsgeschwindigkeit (du/dt), die beim Ein- und Ausschalten anderer Thyristoren an einem gesperrten Thyristor entsteht

3. die Freiwerdezeit (tq), während der mindestens negative Sperrspannung an eiaem Thyristor anliegen muß, nachdem er leitend war, bevor wieder positive Sperrspannung übernommen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Schaltungsanordnung zur Zwangskommutierung eines Wechselrichters gemäß dem Oberbegriff des Al sicherzustellen, daß mittels geeigneter Beschaltungselemente die Grenzcatcn der verwendeten Thyristoren

so hinsichtlich der maximalen Strom- und Spannungsanstiegsgeschwindigkeit sowie der Freiwerdezeit mit Sicherheit bei geringstmöglichem Aufwand eingehalten werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung für eine Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art, dadurch gelöst daß elektrisch in Reihe mit dem Kommutierungskondensator eine sättigbare Drossel geschaltet ist, daß ferner elektrisch in Reihe mit jeder der weiteren, in der Verbindung zwischen jedem Ladethyristor und der Gleichspannungsquelle angeordneten Dioden eine Drossel mit flacher Hysteresisschleife und elektrisch parallel zu jedem Ladethyristor eine Reihenschaltung aus Kondensator und Widerstand geschaltet sind und daß weiterhin parallel zu jeder der beiden Ladedioden ein im Verhältnis zu dem jeweils parallel zum Ladethyristor liegenden Kondensator mit größerer Kapazität ausgestatteter Kondensator, parallel zu jedem Löschthyristor für den Wechselrichter

jeweils ein weiterer Kondensator und jeweils parallel zu der Reihenschaltung aus Ladethyristor, weiterer Diode und Drossel mit flacher Hysteresisschleife eine Reihenschaltung aus einem Entladewiderstand und einer Entladediode vorgesehen ist

Damit ist es mittels des nur geringen Beschal tungsaufwands möglich, die Betriebssicherheit der eingangs angegebenen Schaltungsanordnung zu gewährleisten.

Nach Ablauf des gesamten Kommutierungsvorganges tritt ein Rückstrom über die Ladethyristoren auf, der bei großen Thyristoren derartige Werte annehmen kann, daß dadurch die sättigbare Drossel unerwünscht pjckmagnetisiert wird. In Weiterbildung der Erfindung wird deshalb zur Vermeidung dieser Rückmagnetisierung vorgeschlagen, elektrisch in Serie mit jedem Löschthyristor eine vormagnetisierte, sättigbare zusätzliche Drossel zu schalten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist bei jeder der Parallelschaltungen von Kondensator und Widerstand zum Ladethyristor dem Widerstand eine aus einem gegenüber dem Widerstand niederohmigen weiteren Widerstand und einer weiteren Diode bestehende Reihenschaltung parallel geschaltet, um auch hier die Einschaltverluste gering zu halten.

Die Erfindung soll im folgenden für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltskizze zu der Schaltung nach der Erfindung und die

Fig.2 bis Fig.4 die zeitlichen Verläufe von Strom und Spannung an einzelnen Schaltungselementen der Schaltung nach F i g. 1.

Der Aufbau und die Bedeutung der erfindungsgemäßen Schaltung werden durch die Beschreibung ihrer Funktionsweise anhand der F i g. 1 verdeutlicht: Fließt ein Strom über den sogenannten Haupt-Thyristor η 9 der nur für die Phase R angedeuteten Wechselrichterschaltung und soll dieser Strom unterbrochen werden, so werden zur Löschung dieses Thyristors π 9 die Thyristoren π X (Ladethyristor) und η 7 (Löschthyristor) gezündet Dadurch erfolgt eine Kommutierung des Laststromes von dem Kreis

auf den Kreis

P-n3-nX-KX-n7-R,

wodurch der Thyristor π 9 gelöscht wird. Dabei bedeuten Pder positive Pol einer variablen Gleichspannungsquelle, π 3 eine weitere Diode, K X ein Kommutierungskondensator.

Die Zeit, während der der maximal zulässige Strom von dem einen auf den anderen Kreis kommutiert, darf einen minimalen Wert nicht unterschreiten, da für die verwendeten Thyristoren η 1 und η 7 nur eine begrenzte Stromanstiegsgeschwindigkeit (d/7dijzulässig ist Da die Stromanstiegsgeschwindigkeit in der verwendeten Schaltung nur von der Spannung und den Leistungsinduktivitäten, die in der Regel zu klein sind, abhängig ist, ist gemäß einem Merkmal der Erfindung in Reihe zum Kötnmutierungskondensator KX eine sättigbare Stufendrossel Bi X gelegt Diese Drossel Bi 1 gewährleistet, daß nach der Zündung der Thyristoren η X und η 7 nur der Magnetisierungsstrom (\_μ) fließt, bis die Drossel gesättigt ist. Dieses zeitliche Verhalten der Ströme ist in F i g. 2 dargestellt Während der genannten Zeit muß die leitende Fläche der Thyristoren η X und η 7 genügend groß geworden sein, so daß bei dem anschließenden steilen Stromanstieg die Einschaltverluste im zulässigen Bereich liegen.

Die nächste Kommutierung erfolgt mit den Thyristoren η 2 und η 8, so daß wiederum die volle Induktion der

Stufendrossel Bi X ausgenutzt werden kann.

Nach Ablauf des gesamten Kommutierungsvorgangs tritt ein Rückstrom über die Thyristoren π X und η 7 auf, der insbesondere bei Verwendung von großen Thyristoren Werte annehmen kann, daß die Stufendrossel Bi 1 rückmagnetisiert werden würde. Hier erweist es sich in Weiterbildung der Erfindung als vorteilhaft, in Reihe zu den drei Löschthyristoren der oberen Gruppe (gezeichnet nur Löschthyristor π 7) des Wechselrichters und in Reihe zu den drei Löschthyristoren der unteren Gruppe (gezeichnet nur Löschthyristor /j8) jeweils eine (mit dem Strom /„) vormagnetisierte sättigbare zusätzliche Drossel (Bi 2, ß/3) zu legen.

Wird der Ladethyristor π 1 gezündet, so liegt an ihm vorher die Spannung Uk\ + Una. wobei mit Una die Una Spannung der Hilfsspannungsquelle bezeichnet ist Zu dieser Hilfsspannungsquelle ϋί über einen nicht näher bezeichneten Ladewiderstand eia ebenfalls nicht näher bezeichneter Hilfskondensator parallel geschaltet der gegenüber dem Kommutierungskondensator KX groß ist In dem Maße wie dieser Thyristor η 1 nun leitend wird, baut sich die Spannung an dem Thyristor /7 2 auf. Da Thyristoren verhältnismäßig schnell durchschalten, muß der positive Spannungsanstieg an dem Thyristor π 2 begrenzt werden. Dieses wird erfindungsgemäß mit Hilfe der durch eine flache Hysteresisschleife gekennzeichneten Drosseln Bi 4, Bi5, dem Kondensator BK 2, dem Widerstand Br 4 sowie dem weiteren Widerstand Br 2 und der weiteren Diode Bn2 realisiert Entsprechend den in der Fig.3 dargestellten Spannungsverläufen nehmen beim Durchschalten des Thyristors n\ (Absinken der Spannung Un X) die Drosseln ΒΊ4 und BiS die Spannung auf, falls die Widerstände Br 2 und Br 4 genügend wiederohmig sind. Dann erfolgt eine Aufladung des Kondensators BK 2, so daß die Spannung Un 2 am Thyristor π 2 entsprechend langsam ansteigt Eine Entladung von Bk2 erfolgt nur über Br4, der hochohmiger als Br2 ist, um wiederum die Einschaltverluste für Thyristor π 2 zu verringern.

In gleicher Weise wie der Thyristor η 2 ist auch der Thyristor π 1 durch die Parallelschaltung des Kondensators BkI in Serie mit der Parallelschaltung des Widerstandes Br3 mit dem demgegenüber niederohmigen weiteren Widerstand Br 1 und der weiterein Diode Bn 1 gegen einen zu starken zeitlichen Anstieg der an ihn beim Durchschalten des Thyristors η 2 gelegten Spannung geschützt

Nach erfolgter Kommutierung einschließlich des Umocbwingvorgangs muß an die Thyristoren η 1 und π 7 mindestens während der Freiwerdezeit Iq negative Spannung gelegt werden. Zu diesem Zeitpunkt; ist der Kommutierungskondensator K X mit der in Klammern gekennzeichneten Polarität beaufschlagt, so daß die Spannung Uk\ — U_NA » - Una als negative Sptirrspannung an der Reihenschaltung des Ladethyristors η X und der Lädediöde π 5 liegt. Es ist nun gemäß der Erfindung unter Berücksichtigung der entsprechend gespeicherten Ladungsträgermengen eine Dimensionierung der Kondensatoren BkX und Bk 3 (Bk X < Bk 3) vorzunehmen, die bewirkt, daß d^:; Spannung — Una im wesentlichen an dem Ladethyristor η 1 anliegt Gleichzeitig wird über den Entladewiderstand Br5 und die Entladediode Bn 3 wieder eine Entladung des Kondensators BkX und

damit eine Aufladung des weiteren Kondensators Bk .5 vorgenommen, so daß an dem ihm parallelliegenden Löschthyristor η 7 ebenfalls negative Spannung angelegt wird. Dieser Vorgang ist in Fig.4 für die Spannungen U_n t am Ladethyristor η 1 und U_n ι am Löschthyristor dargestellt.

In analoger Weise wird erfindungsgemäß für die beiden Thyristoren η 2 und η 8 durch die Dimensionierung der Kondensat-en Bk 2 und Bk 4, wobei Bk 2 < Bk 4 ist. erreicht, daß mindestens während der Freiwerdezeit tq negative Sperrspannung, d. h. die Spannung -Una, im wesentlichen an dem Ladethyristor π 2 liegt. Gleichzeitig erfolgt hierbei die Entladung des Kondensators Bk 2 über den Entladewiderstand Br 6 sowie die Entladediode Bn 4, so daß eine Aufladung des weiteren, dem Löschthyristor η 8 parallelgeschalteten weiteren Kondensators Bk 6 erfolgt, womit an dem Löschthyristor π 8 negative Sperrspannung für seine Freiwerdezeit fliegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Zwangskommutierung eines aus einer variablen Gleichspannungsquelle gespeisten Drehstrom-Wechselrichters mit einem einzigen im Hauptstromkreis angeordneten Kommutierungskondensator, der über Kommutierungsdrosseln im Hauptstromkreis des Wechselrichters und durch Nachladestromkreise aufladbar ist, wobei die Nachladestromkreise Reihenschwingkreise aufweisen, die jeweils aus einer Hilfsspannungsquelle konstanter Spannung, einem Hilfs-Thyristor und einer Drossel bestehen, wobei die beiden Hilfsspannungsquellen in Reihe geschaltet sind und ihr Verbindungspunkt an den Kommutierungskondensator angeschlossen ist und wobei für die Drosseln ein eine Diode enthaltender Entmagnetisierungskreis vorgesehen ist, mit der Kombination folgender Merkmaler

a) Der !»Vechselrichter enthält je Phase zwei Thyristoren und zwei Rücklaufdioden in Brükkenschaltung, in deren Querzweig jeweils die Kommutierungsdrossel mit mit der Last verbundener Mittelanzapfung vorgesehen ist und bei der die Endpunkte der Querzweige über Löschthyristoren mit dem Verbindungspunkt der Hilfsspannungsquellen verbindbar sind.

b) Jeder Reihenschwingkreis ist über eine Diode und den Hilfs-Thyristor sowie über den Verbindungspunkt der beiden Hilfsspannungsquellen an den Kommutierungskondensator, ferner-über eine Diode an den Hauptstromkreis angeschlossen.

c) Jede der beiden HilFsspa.· lungsquellen ist so bemessen, daß sie eine Spannung von der Größe der halben Maximalspannung der variablen Gleichspannungsquelle liefert.

d) Zu jeder Hilfsspannungsquelle ist über einen Ladewiderstand ein Hilfskondensator parallelgeschaltet, der gegenüber dem Kommutierungskondensator groß ist

e) Jede der Drosseln im Hilfskreis weist eine im Entmagnetisierungskreis liegende zusätzliche Wicklung auf, die über eine Diode parallel zum jeweiligen Hilfskondensator geschaltet ist,

nach Patent 20 12 893,2 dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch in Reihe mit dem Kommutierungskondensator (Ki) eine sättigbare Drossel (Bi 1) geschaltet ist, daß ferner elektrisch in Reihe mit jeder der weiteren, in der Verbindung zwischen jedem Ladethyristor (n\, η 2) und der Gleichspannungsquelle (MP) angeordneten Dioden (n3, η 4) eine Drossel (Bi4, BiS) mit flacher Hysteresisschleife und elektrisch parallel zu jedem Ladethyristor (n\, η 2) eine Reihenschaltung aus Kondensator (Bk \, Bk 2) und Widerstand (Br3, Br4) geschaltet sind und daß weiterhin parallel zu jeder der beiden Ladedioden (7)5, η 6) ein im Verhältnis zu dem jeweils parallel zum Ladethyristor (n\, π2) liegenden Kondensator (Bk\, Bk2) mit größerer Kapazität ausgestatteter Kondensator (Bk 3, BkA), parallel zu jedem Löschthyristor (n 7, nS) für den Wechselrichter jeweils ein weiterer Kondensator (Bk5, Bk 6) und jeweils parallel zu der Reihenschaltung aus Ladethyristor (n\, η 2), weiterer Diode (n 3, π 4) und Drossel (Bi 4, Bi5) mit flacher Hysteresisschleife eine Reihenschaltung aus

einem Entladewiderstand (BrS, BrS) und einer Entladediode (Bn 3, Bn 4) vorgesehen ist

2. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch in Serie mit jedem Löschthyristor (n7, /i8) eine vormagnetisierte, sättigbare zusätzliche Drossel (Bi2, Bi3) geschaltet ist

3. Schaltungsanordnung nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder der Parallelschaltungen von Kondensator (BkX, Bk2) und Widerstand (Br3, Br4) zum Ladethyristor (n 1, π 2) dem Widerstand (Br3, Br 4) eine aus einem gegenüber dem Widerstand (Br3, Br4) niederohmigen weiteren Widerstand (BrX, Br2) und einer weiteren Diode (Bn ί,Βη 2) bestehende Reihenschaltung parallel geschaltet ist