DE2541654C3 - Umrichter - Google Patents

Description

gilt, worin Vb die betriebsmäßig:· Schwingungsdauer des Schwingkreises ist

Die Erfindung betrifft einen Umrichter mit einem Wechselrichter mit Thyristoren in Brückenschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Ein solcher Umrichter ist aus der DE-OS 20 08 239 bekannt Dort ist ein Parallelschwingkreisumrichter beschrieben. Solche Umrichter mit einem Schwingkreis als Last sinH in eingeschwungenem Zustand lastgeführt und die Arbeitsfrequenz des Wechselrichters wird von der Resonanzfrequenz des Schwingkreises bestimmt Der Umrichterstrom geht dabei in direkter Kommutierung von einem Brückenzweig des Wechselrichters auf den nachfolgend stromführenden über, wobei die Kommutierungsblindleistung vom Kondensator des Parallel-Schwingkreises zur Verfügung gestellt wird. Beim bekannten Umrichter werden der Schwingkreisstrom und der Wechselrichterausgangsstrom erfaßt und einer Auswerteschaltung des Steuersatzes zugeführt, die mit Triggerimpulsen vor jedem Nulldurchgang der Schwingkreisspannung einen Zündzeitpunkt von Thyristoren diagonaler Brückenzweige in Abhängigkeit von der Kommutierzeit des Wechselrichters und der Schonzeit der Thyristoren festlegt. Damit erhält man einen lastgeführten Umrichter mit hoher Betriebssicherheit. Es können jedoch Fehlimpulse auftreten, die /ur Betriebsstörungen durch KommutierungskurzschlUssc führen. Beim bekannten Umrichter ist zur Unterdrückung der Fchlimpulse eine aufwendige Logik in der Auswcrteschaltung vorgesehen.

Aus der DK-OS 23 47 22) ist ein Direktumrichter zur Speisung eines Asynchronmotors beschrieben. Der Direktumrichter ist aus drei Umrichtereinheiten aufgebaut Dieser Direktumrichter weist eine Brückenverriegetungsschaltung auf, mit der verhindert wird, daß Thyristoren einer Umrichtereinheit, die an der gleichen Phase des Wechselstromnetzes liegen, gleichzeitig gezündet werden, da damit für diese Umrichtereinheit des Direkiumrichters gleichzeitig der Betriebszustand »Umkehrung« und »Gleichrichtung« gegeben wäre. Die Sperrung der Zündjmpulse für diese Thyristoren ixfolgt in Abhängigkeit von den Impulsen des Ringzählers des Steuersatzes und in Abhängigkeit von den Signalen eines Nullstromdetektors. Das Problem von Kommutierungskurzschlüssen insbesondere durch Fehlerimpulse ist in dieser Literaturstelle nicht angesprochen.

Es besteht die Aufgabe, einen Umrichter der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß mit einfachen Mitteln Kommutierungskurzschlüsse durch das Auftreten von Fehlimpulsen weitgehend vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Bei dem erfindungsgemäßen Umrichter können sich Fehlimpulse nur noch in einer kurzen Zeitspanne störend auswirken, die vor jedem Zündzeitpunkt liegt Da in dieser Zeitspanne betriebsmäßige Stör- bzw. Fehlimpulse kaum zu erwarten sind, wird die Störsicherheit des Umrichters wesentlich erhöht Zusätzlich erhält man jedoch mit dem erfindungsgemäßen Umrichter in einfacher Weise eine Begrenzung der Kommutierspan-

jo nung und der Frequenz, und es wird bei der Regelung die Kommutierungsbiindleistung klein gehalten.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist im Unteranspruch 2 gekennzeichnet Bei dieser Ausgestaltung ist ein Eingriff in den Steuersatz nicht erforderlich und man

is behält die Möglichkeit Zündimpulse beispielsweise zur Synchronisierung einzuspeisen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist im Unteranspruch 3 gekennzeichnet. Damit wird in einem größeren betriebsmäßigen Frequenzbereich die Störsi cherheit beibehalten.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Umrichter beispielhaft anhand der F i g. I und 4 näher erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

F i g. I zeigt ein Schaltbeispiel eines erfindungsgemäßen Umrichters. Ein Wechselrichter 1 ist mit Thyristoren in Einphasenbriickenschaltung aufgebaut, wobei beim Ausführungsbeispiel in jedem Brückenzweig 2 bis 5 ein Thyristor 2a bis Sa angeordnet ist. Über die Ausgangsklemmen 6 des Wechselrichters 1 wird ein Parallel-Schwingkreis 7 als Last gespeist, der aus der Parallelschaltung einer Drossel 7a und eines Kondensator» Tb besteht. Es ist hier anzumerken, daß ansteile des ParallelSchwingkreises auch ein Serienschwingkreis als Last eingesetzt werden kann bzw. daß die Verriegelungsschaltung auch be^; anderen lastgeführten Umrichtern vorteilhaft zu benutzen ist Die Gleichstromanschlüsse 8 des Wechselrichters I sind über einen Gleichstromzwischenkreis 9 mit Glättungsdrossel IO

μ und einen Gleichrichter 11 mit einem Drehstromnetz verbunden, das an den Klemmen 12 liegt. Der

Gleichrichter 11 ist aus Thyristoren Ila bis 11Λ in Ürehstrombriickenschaltung aufgebaut Mit einem Stromwandler 13, dessen Primärwicklung

h'i zwischen einer Ausgangsklemme 6 des Wechselrichters 1 und den Parallelschwingkrcis 7 geschaltet ist, wird der Wechselrichterausgangsstrom /„ erfaßt. Die Sekundärwicklung des Stromwandlers 13 ist mit den Eingängen

14a einer Auswerteschaltung 14 verbunden. Die Schwingkreisspannung U, wird mit einem Übertrager 15 erfaßt, dessen Primärwicklung mit den Belägen des Kondensators 76 verbunden ist Die Sekundärwicklung des Übertragers 15 ist mit Eingängen 146 der Auswerteschaltung 14 verbunden. Von der Auswerteschaltung 14 wird vor jedem NuUdurchgang der Schwingkreisspannung U, ein Triggerimpuls gebildet, dessen Lage von der Kommutierzeit des Wechselrichters 1 und von der Schonzeit der Thyristoren 2a bis 5a bestimmt ist Diese Triggerimpulse stehen am Ausgang 14c der Auswerteschaltung 14 an, der mit dem Triggereingang 16a des Steuersatzes 16 für die Thyristoren verbunden ist Bezüglich des Aufbaus der Auswerteschaltung 14 wird auf die obengenannte DE-OS 20 08 239 verwiesen.

Vom Steuersatz 16 werden in Abhängigkeit von jedem Triggerimpuls Zündimpulse für die Thyristoren Za und 5a bzw. 3a und Aa in diagonalen Brückenzweigen 2 und 5 bzw. 3 und 4 des Wechselrichters 1 gebildet Die Zündimpulse werden über die Ausgangdeitung 17 des Steuersatzes 16, eine Verriegelungsschaltung !8 und Steuerleitungen 19 und 20 an die Steuerelektroden der Thyristoren 2a und 5a geführt Ein solcher Steuersatz für einen Wechselrichter ist beispielsweise in dem Buch von 2s D. Ernst und D. Ströle »Industrieelektronik« Berlin, Heidelberg, New York 1973, Seite 54 und 55 beschrieben. Auch für die Thyristoren 11a bis Wf des Gleichrichters 11 ist ein Steuersatz vorzusehen, der in der F i g. I nicht dargestellt ist Ein solcher Steuersatz für einen Gleichrichter ist beispielsweise aus dem Buch von G. Möltgen »Netzgeführte Stromrichter mit Thyristoren« Berlin und München 1970, Seite 275 und 280 bekannt. Als Istwertgeber für die ebenfalls nicht dargestellte Regelungseinrichtu'ig des Umrichters sind js noch Stromwandler in der Speiseleitung des Gleichrichters 11 vorzusehen. Diese Istwertgeber sind in F i g. 1 ebenfalls nicht eingezeichnet

Mit der Verriegelungsschaltung 18 wird nach Zündung der Thyristoren diagonaler Brückenzweige, beispielsweise der Brückenzweige 2 und 5 die Zündung der Thyristoren nachfolgend stromführender diagonaler Brückenzweige, beispielsweise der Brückenzweige 3 und 4 für ein vorgegebenes Zeitintervall Al verhindert Hierzu kann ein Ausgang der Verriegelungsschaltung 18 mit einem Sperreingang 166 des Steuersatzes 16 verbunden sein, wie mit der gestrichelt eingezeichneten Leitung 21 angedeutet ist. Außerdem kann die Verriegelungsschaltung einen zusätzlichen Eingang 22 zur Einspeisung von Zusatzinipulsen besitzen.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Umrichters wird beispielhaft anhand der F i g. 2 näher erläutert in der die Schwingkreisspannung U_s und der Wechseirichterausgangsstrom l_w über die Zeit / aufgetragen sind. Die Schwingkreisspannung U, besitzt Nulldurchgänge in den Zeitpunkten ίο. Vor jedem NuUdurchgang der Schwingkreisspannung U_s werden im Zeitpunkt I, die Thyristoren nachfolgend stromführender diagonaler Brückenzweige 2 und 5 oder 3 und 4 gezündet Der Zündzeitpunkt t, wird mit der Auswerteschaltung 14 in bo Abhängigkeit von der stfomabhingigen Kommutierzeit und von der konstanten Schonzeit bestimmt. Durch die Verriegclungsschaltung 18 wird nach Zündung der Thyristoren diagonaler Brückenzweige für ein Zeitintervall At die Zündung von Thyristoren nachfolgend b^r. stromführender Brückinzweige verhindert. Beim Ausführungsbeispiel sind in der ersten in Fig. 2 gezeigten Halbwellc der Schwingkreisspannung U₁ die Strotnrichterventile 3 und 4 gezündet Im Zündzeitpunkt u werden die Ventile 2 und 5 gezündet und der Strom kommutiert auf diese Ventile, Im Zeitintervall At sind also die Zündimpulse für die Thyristoren 3 und 4 gesperrt Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß nur im relativ kurzen Zeitintervall At\ Fehl- bzw. Störimpulse wirksam werden können. Damit wird die Betriebssicherheit des Umrichters wesentlich erhöht, wobei zu betonen ist, daß das Zeitintervall At der Verriegelungszeit genau die Zeitspanne überdeckt in der die höchsten Störspannungen im Wechselrichter vorhanden sind. Damit wird eine optimale Störunempfindlichkeit erhalten. Die Länge der Zeitintervalle At kann veränderbar sein. Die Störempfindlichkeit kann außerdem noch abhängig von der Betriebsfrequenz eingestellt werden, wenn man das Zeitintervall idf frequenzabhängig ändert Bei frequenzabhängigem Zeitintervall A t ist es günstig

zu wählen, wobei τ β die betriebsmäßige Schwingungsdauer ist Dadurch werden Kommuiitrungen in der Nähe des Scheitelwertes der Schwingkreisspannung U₅ und damit bei maximalem dildt vermieden.

Die Verriegelungsschaltung 18 kann in der einfachsten Ausführungsform ein Signalgeber sein, der zu jedem Zündzeitpunkt t_z ein Signal der Länge des Zeitintervalls At bildet, das über die gestrichelt eingezeichnete Leitung 21 an den Sperreingang 166 des Steuersatzes 16 gelegt ist Günstiger sind jedoch Ausführungsformen der Verriegelungsschaltung 18, bei denen bei einer Thyristorzündung nur Steuerleitungen für die Thyristoren verriegelt sind, die nachfolgend stromführend werden und bei der die Steuerleitungen für die Thyristoren offen bleiben, die im Zündzeitpunkt

1₇ gezündet werden. Damit erhält man die Möglichkeit Zusatzimpulse, beispielsweise Synchronisierimpulse an die Steuerelektroden der Thyristoren zu legen. Anzuführen ist hierbei noch, daß die Verriegelungsschaltung

18 außer Betrieb gesetzt werden kann, wenn es beispielsweise die Auswertung der Phasenlage zwischen dem Wechselrichterausgangsstrom und der Schwingkreisspannung erfordert, wie es beispielsweise beim Anfahren des Umrichters der Fall sein kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Verriegelungsschaltung 18 zeigt die Fig.3. Diese Verriegelungsrchaltung 18 dient gleichzeitig als Impulsverteiler, mit der die Zündimpulse über die Steuerleitungen 19 und 20 abwechselnd an die Thyristoren diagonaler Brückenzweige gelegt werden. Die Ausgangsleitung 17 der Verriegelungsschaltung 18 ist mit dem Dateneingang eines D-Flip-Flops 23 verbunden. Ein Ausgang 23a des D-Flip-Flops ist mit einem Eingang eines NAND-Gliedes 24 und der zweite Ausgang 236 des D-Flip-Flops 23 ist mit einem Eingang eines NAND-Gliedes 25 verbunden. Außerdem ist der Ausgang 23a direkt a,i einen Eingang eines NOR-Gliedes 27 und über ein Verzögerungsglied 26 an den zweiten Eingang dieses NOR-Gliedes 27 geführt Der Ausgang des NOR-Gliedes 27 ist mit dem Ta^.teingang 23cdes D-Flip-Flops 23 verbunden. Die zweiten Eingänge der NAND-Glieder 24 und 25 sind mit dem Eingang 22 verbunden, an den Zusatzimpulse gelegt werden können.

Da der D-Flip-Flop 23 nur während der Zeit auf eine Zustandsänderung anspricht, in der an seinem Takteingang 23c ein Η-Signal Legt, bleibt der mit einem Impuls am Dateneingang im Zündzeitpunkt t, eingestellte Zustand unabhängig vom Signalzustand des Dateneingangs erhalten, bis nach Ablauf des Zeitintervalls Al der

Verzögerungszeit des Vcrzögcrungsglicdcs 26 ein Η-Signal am Takteingang 23c ansteht. Damit bleibt für das Zeitintervall At nach jedem Zündzeitpunkt t, eine der beiden Steuerleitungen 19 und 20 offen und die andere ist gesperrt.

Eine zweite Ausführungsform der Verriegelungsschaltung 18 zeigt Fig.4. In Abwandlung zu Fig.3 ist beim Ausfuhrungsbeispiel nach Fig.4 ein RC-C 'rator 28 zwischen den Ausgang des NOR-Gliedes 27 und den Takteingang 23c des D-Flip-Flops 23 geschaltet. Oamit kann das Zeitintervall At mit einer Steuerspannung geändert werden, die an den Eingang 29 gelegt ist und die frequenzabhängig sein kann. Im /?C-Generator 28 sind als RC-GUed ein Widerstand 30 und ein Kondensator 31 in Serie geschaltet. Dem Kondensator 31 liegt ein npn-Transistor 3 parallel, dessen Basis mit dem Ausgang des NOR-Gliedes 27 verbunden ist. Der Abgriff 33 des flC-Gliedes 30 und 31 ist mit der Basis eines npn-Transistors 34 verbunden, der mit einem Widerstand 35 beschaltet ist und an dessen Emitter die Steuerspannung über den Eingang 29 gelegt werden kann. Der Kollektor des Transistors 34 ist mit der Basis eines pnp-Transistors 36 verbunden, der mit einem Widerstand 37 beschaltet ist und dessen Emitter mit dem Takteingang 23c verbunden ist. Über die Klemmen ο 38 wird dem WC-Generator 28 die Versorgungsspannung ±V zugeführt. Bei dieser Schaltung ist während der konstanten Verzögerungszeit Ah des Verzögerungsglicdes 26 der Transistor 32 ausgesteuert und der Kondensator 31 entlädt sich. Nach Ablauf der

ίο Verzögerungszeit At2 sperrt der Transistor 32 und der Kondensator 31 lädt sich auf. bis nach einem Zeitintervall Atj eine Spannung an ihm liegt, die gleich der Steuerspannung ist. Damit wird über dem Transistor 36 der Takteingang 23c freigegeben. Das Zeitintervall dnst bei diesem Ausführungsbeispiel also gleich

At = At₂ + /Ii).

wobei das Zeitintervall A ti mit der Steuerspannung während des Umrichterbetriebs auch frequenzabhängig geändert werden kann.

Hierzu 2 Filatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Umrichter mit einem Wechselrichter mit Thyristoren in Brückenschaltung, (Jessen Wechselstromausgänge mit einem Schwingkreis und dessen Gleichstromeingänge über einen Gleichstromzwischenkreis mit Glättungsdrossel an einen steuerbaren Gleichrichter mit einer Wechselspannungsquelle geschaltet sind, wobei ein Steuersatz vor jedem Nulldurchgang der Schwingkreisspannung in Abhängigkeit von der Kommutierzeit des Wechselrichters und der Schonzeit der Thyristoren einen Zeitpunkt für die Zündiinpulse für die Thyristoren diagonaler Brückenzweige festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuersatz (16) eine Verriegelungsschaltung (18) nachgeschaltet ist, die nach der Zündung der Thyristoren (2a, 5a; 3a, 4a) der diagonalen Brückenzweige (2, S; 3, 4) die Zündimpulse für die Thyristoren nachfolgend stromführender diagonaler Brückenzweige für ein mit der Schwingungsdauer des Schwingkreises vorgegebenes Zeitintervall (Δ ι) sperrt.

2. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsschaltung (18) die Steuerleitungen (19 oder 20) der gezündeten Thyristoren offenhält

3. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Länge des vorgegebenen Zeisintervallsfdfjdie Bedingung