DE3110554C2 - Selbstgeführter Wechselrichter in Dreiphasen-Brückenschaltung - Google Patents

Abstract

Bei einem selbstgeführten Wechselrichter mit einer Glättungskapazität zwischen den Gleichspannungsanschlüssen und zur Phasenfolgelöschung der Hauptventile zwischen den Hauptventilzweigen jeweils im Dreieck angeordneten Kommutierungskondensatoren soll die Aufladung der Kommutierungskondensatoren auf einen gegenüber der Gleichspannung erhöhten Wert vermieden werden. Dazu ist jeweils zwischen dem Zweiganschluß zweier Kommutierungskondensatoren (k1 bis k6) und einem Gleichspannungsanschluß der Glättungskapazität (C) die Reihenschaltung einer Diode (n13 bis n63) und einer Impedanz (r13, i13; r43, i43) derart geschaltet, daß der Ladestrom des dritten Kommutierungskondensators (k1 bis k6) über diese Reihenschaltung auf die Glättungskapazität (C) abgeleitet wird, sobald die Spannung am dritten Kommutierungskondensator (k1 bis k6) die Spannung an der Glättungskapazität (C) übersteigt.

Description

Beschreibune

Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstgeführten Wechselrichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Ein derartiger Wechselrichter ist aus der US-PS 39 80 941 bekannt.

Bei diesem Wechselrichter dient die Reihenschaltung der Diode und der Impedanz, die jeweils an den Gleichspannungsanschluß der zugehörigen Brückenhälfte angeschlossen ist, als Umladekreis. Der Umladekreis hat zum einen die Aufgabe, die Umladezeit der Kondensatoren vom Ladestrom unabhängig zu machen und damit einen Schwachlastbetrieb überhaupt erst zu ermöglichen. Zum anderen löst der Umladekreis die Aufgabe, den Umschwingstrom im Zeitpunkt des Nulldurchganges der Kondensatorspannung vom Kondensator hinweg in einen Nebenweg umzuleiten.

Hat der Wechselrichter jedoch einen Aufbau, wie er in Heumann/Stumpe "Thyristoren" 1969, BG. Teubner, Stuttgart, Seite 184 angegeben ist, d. h. einen durch einen Glättungskondensator zwischen den Gleichspannungsanschlüssen gewährleistenden Konstant-Spannungs-Eingang, so wird die zuvor genannte erste Aufgabe durch aus den Kommutierungskondensatoren und wecnselspannungsseitig angeordnete Umschwing-Induktivitäten (Querdrosseln) gebildete Schwingkreise verlustfrei gelöst. Die zuvor erwähnte zweite Aufgabe wird dann durch die verlustfreie Abmagnetisierung der Drosseln über antiparallel zu jedem Hauptventilzweig geschaltete Rückstrom-Dioden auf die Gegenspannung des Glättungskondensators erledigt.

Zur Begrenzung des Stromanstiegs ist es üblich und insbesondere bei Wechselrichtern größerer Leistung (> 3 MVA) auch zwingend notwendig, zusätzliche Drosseln vorzusehen. Diese Stromanstiegs-Begrenzungsdrosseln und sonstige parasitäre Induktivitäten in den Schaltkreisen des Wechselrichters bewirken jedoch während der Kommutierungsvorgänge durch ihre Abmagnetisierung eine Aufladung der Kommutierungskondensatoren bis auf etwa das Doppelte der den Wechselrichter speisenden Gleichspannung. Das hat zur Folge, daß die Kommutierungskondensatoren spannungsmäßig entsprechend hoch ausgelegt werden müssen. Auch die übrigen Leistungsteile des Wechselrichters sind derart zu bemessen.
Durch die Patents Abstracts of Japan, 23. Mai 1979, VoL 3, Nr. 60, E 112 (Kokai-Nr. 54-38 523) ist es bekannt, zum Schutz vor außergewöhnlichen, an den Kommutierungskondensaxoren eines mit Phasenfolgelöschung arbeitenden Wechselrichters mit Konstant-Strom-Eingang auftretenden Überspannungen über einen Schalier die Kondensatoren beider Brückenhälften in Reihe mit einer Diode und einem ohmschen Widerstand zu -legen. Abgesehen davon, daß betriebsmäßige Überspannungen an den Kommutierungskondensaioren wegen des andersartigen Wechselrichtertyps nicht auftreten können, muß zur Betätigung des Schalters die Spannung an den Kornrr.utierur.gskcndensatoren erfaßt werden. Wegen der auftretenden Wärme, insbesondere bei Wechselrichtern größerer Leistung, ist die Bekämpfung der Überspannung durch den ohmschen Widerstand nicht sinnvoll möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bei einem Wechselrichter mit Konstani-Spannungs-Eingang die Aufladung der Kommutierungskondensatoren auf einen gegenüber der Gleichspannung erhöhten Wert verlustarm und mit einfachen Mitteln zu verhindern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafterweise tritt der über die Spannung an dem Glättungskondensator hinausgehende Überschuß der Spannung an den Kommutierungskondensatoren nicht auf, weil die überschüssige Ladung über den durch die Dioden vorgegebenen Weg aui den Glättungskondensator abgeleitet wird. Der Leistungsteil des Wechselrichters kann dadurch in der spannungsmäßigen Auslegung niedriger bemessen werden, wobei der Aufwand für die zusätzlichen Bauteile gering ist. Auch fallen die Verluste durch die Impedanz gegenüber den übrigen Verlusten nicht ins Gewicht.

Die Erfindung soll im folgenden für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben werden.

In der Zeichnungsfigur ist das Prinzipschaltbild eines dreiphasigen selbstgeführten Wechselrichters dargestellt, der zwischen seinen Gleichstromanschlüssen einen Glättungskondensator C aufweist. Die wechselstromseitige Last ist zwischen den Anschlüssen U, V, W im Dreieck geschaltet. Der Wechselrichter kann z. B. als Blindstromrichter arbeiten, wobei zwischen den An-Schlüssen U, V. Wdie Primärwicklungen eines Transformators zur Blindstromeinspeisung in ein Netz liegen.

Jeder der sechs Wechselrichterzweige weist ein Hauptventil (Thyristor) &pgr; 10 bis /; 60 mit einer antiparallelen Rückstrom-Diode &eegr; 12 bis &eegr; 62 auf. In Reihe mit den Hauptventilen &pgr; 10 bis &eegr; 60 bzw. den Rückstrom-Dioden &eegr; 12 bis &eegr; 62 liegen jeweils den Stromanstieg begrenzende Drosseln /11 bis /61 bzw. /12 bis /62. Die Löschung der Hauptventile &eegr; 10 bis &eegr; 60 erfolgt über zwischen den Hauptventilzweigen angeordnete Kommutierungsko.ndensatoren Ar 1 bis k 6 in bekannter Phasenfolgelöschung. Um zu verhindern, daß die Kommutierungskondensatoren &Lgr;: 1 bis Ar 6 bei Gegenspannung der Last sich entladen, sind Sperrdioden nil bis /761 in

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Serie mit den Hauptventilen &eegr; 10 bis &eegr; 60 vorgesehen. und kostspielige Mehrbelastung zu vermeiden, muß der Die Hauptventile &eegr; 10 bis &pgr; 60 werden von den antipar- Überschuß der Kommutierungsenergie bis zur folgenallelen Rückstrom-Dioden &eegr; 12 bis &pgr; 62 durch Quer- den Kommutierung in der betrachteter. Gruppe abgedrosseln/14,/34,/54 entkoppelt, an deren Mittelanzap- baut werden. Dazu wird die überschüssige Energie fung die Anschlüsse U, V, Wfür die wechselstromseitige 5 möglichst verlustfrei an den Glättungskondensator C Last angreifen. abgegeben, dessen Kapazität etwa das lO^ache beträgt

Eine Kommutierung des Laststromes, z. B. vom Diesem Zweck dient die Verbindung der drei Drei-

Hauptventil &pgr; 10 auf das Hauptventil &eegr; 30, läuft dabei eckpunkte einer Brückenhälfte, an die die Kommutiewie folgt ab: rungskondensatoren angeschlossen sind, über eine Rei-

Vor der Zündung des Hauptventils &pgr; 30 führen die io henschaltung einer Diode &pgr; 13 bis &eegr; 63 und einer Kommutierungskondensatoren JtI; Jt3; kS der oberen ohm'sch-induktiven Impedanz rl3, /13 bzw. /-43, /43 Brückenhälfte die bei ihnen oben angeschriebene PoIa- mit dem Gleichspannungsanschluß der anderen Brükrität Mit der Zündung des Hauptventfls &pgr; 30 wird das kenhälfte. Im zuvor betrachteten Fall folgt die Abgabe Hauptventil &pgr; 10 gesperrt und der Laststrom geht auf der überschüssigen Energie in dem Kreis, der durch den den Zweig mit dem Hauptventii &lgr; 30 über. Dem Last- 15 Kommutierungskondensator k 5 und der parallelliegenstrom überlagert sich ein Schwingungsvorgang in dem den Reihenschaltung der Kommutierungskondensato-Kreis Hauptventil &lgr; 30 — Stromanstiegs-Begreiizungs- ren ArI und k 3, die Stromanstiegs-Begrenzungsdrossel drossel /31 — Kondensator k5 in Parallelschaltung mit /31, das Hauptventil &pgr; 30, den Glättungskondensator C, den beiden Kondensatoren kl und Jt 3 — Sperrdiode die Impedanz r 13, /13 und die Diode &pgr; 13 gebildet ist
&pgr; 11 — Querdrossel /14 — Stromanstiegs-Begren- 20 Daß da's Hauptventil &Lgr;13 dabei in Sperrichtung zungsdrossel /12 — Rückstrom-Diode &pgr; 12 — Haupt- durchflossen wird, ist kein Wider.-yruch, weil dieses veniii &eegr; 30. Unter der Wirkung dieser Ströme wird der nach einer kurzen stromlosen Pause den wesentlich grö-Kommutierungskondensator k 5 umgeladen, der Korn- ßeren Laststrom der Phase V übernimmt und von diemutierungskondensator k 1 von 0 auf den Wert der sem leitend gehalten wird; außerdem steht ein paralleler Gleichspannung aufgeladen und der Kommutierungs- 25 Pfad über die Sperrdiode &pgr; 31, die Querdrossel /34, die kondensator k 3 vom Betrag der Gleichspannung auf 0 Stromaastiegs-Begrenzungsdrossel /32 und die Rückgeladen. strom-Diode &pgr; 32 offen.

Die neuen Polaritäten der Kommutierungskondensa- Wegen des Einsatzes möglichst weniger Bauelemente

toren sind bei ihnen unten in Klammern angeschrieben. ist jeweils eine gemeinsame Impedanz (bestehend aus

Wenn die Spannung an dem Kommutierungskonden- 30 dem ohmschen Widerstand r 13 und dei Induktivität /13 sator k 5 (und der parallelliegenden Serienschaltung der bzw. dem weiteren ohmschen Widerstand r43 und der Kommulierungskondensatoren k &iacgr; und k3) den Wert weheren Induktivität/43) für alle in gleiche Richtung zu der Gleichspannung an dem Glättungskondensator C einem Gleichspannungsanschluß gepolte Dioden, also erreicht hat, ist der Verbindungspunkt der Sperrdiode &pgr; 13, &pgr; 33, &pgr; 53 bzw. &pgr; 23, &eegr; 43, &pgr; 63 angeordnet
&pgr; 11 mit der Querdrossel /14 und der Stromanstiegs-Be-, 35 Die mit den Dioden &pgr; 13, &eegr; 33, &pgr; 53 bzw. &eegr; 43, &pgr; 63, grenzungsdrossel /42 auf gleichem Potential wie die &eegr; 23 in Reihe geschalteten Impedanzen rl3, /13 bzw. negative Elektrode des Glättungskondensators C; die -43, /43 sind notwendig, weil ohne sie der Lasistrcm Rückstrom-Diode &eegr; 42 wird leitend. ' nicht schnell genug auf die Rückstrom-Dioden &pgr; 12 bis

Ohne die Stromanstiegs-Begrenzungsdrosseln /31 &pgr; 62 kommutiert, sondern vorübergehend über die Di- und / 42 und die parasitären Induktivitäten der betroffe- 40 öden &pgr; 13, &pgr; 11; &eegr; 33, &pgr; 31; &pgr; 53, &eegr; 51 bzw. &eegr; 43, &pgr; 41; &eegr; 63, nen Schaltkreise würde in diesem Augenblick das &pgr; 6i; &pgr; 23, &pgr; 21 fließt.

Hauptventil &pgr; 30 stromlos, der Laststrom unverzögert

auf den Zweig mit der Rückstrom-Diode &pgr; 42 überge- Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

hen und die Querdrossel /14 ihre Energie über die

Rückstrom-Dioden &pgr; 42 und &eegr; 12 an den Glättungskon- 45

densator C abgeben. Der Kommutierungskondensator

k 5 mit der parallelgeschalteten Serienschaltung der

Kommutierungskondensatoren k 1 und k 3 wäre damit

auf den Betrag der Gleichspannung umgeladen.

Da die Stromanstiegs· Begrenzungsdrosseln /31, /42 50
mit Rücksicht auf die zulässige Stromanstiegsgeschwindigkeit
mit einem bestimmten Wert vorhanden sein
müssen, kann der Stromübergang auf den Zweig mii der
Rückstrom-Diode &pgr; 42 nicht in der Zeit 0 stattfinden, so
daß die Spannung der Kommutierungskondensatoren 55
weiter, d h. über die Gleichspannung hinaus ansteigt
Würde man die Spannung der Kommutierungskondensatoren
auf diesem erhöhten Wert belassen, würden sich
beim nächsten Kommutierungsvorgang in der betrachteten
Kommutierungsgruppe infolge der erhöhten An- 60
fangsspannung die Amplituden des genannten Schwingungsvorgangs
proportional erhöhen, und das Ergebnis
wäre eine weitere Erhöhung der Spannung der Kondensatoren.

Dieser Vorgang würde sich bei verlustlosen Schalt- 65
kreisen unbegrenzt fortsetzen; bei realen Kreisen
kommt es zu einem nci\en Gleichgewichtszustand bei
etwa doppelter Gleichspannung. Um diese überflüssige

Claims (1)

1. Patentanspruch

   Seibstgeführter Wechselrichter in Dreiphasen-Brückenschaltung, der zum Zweck der Phasenfolgelöschung im Dreieck geschaltete Kommutierungskondensatoren aufweist, wobei jeder Dreieckpunkt zwischen einem Hauptventil und einer Sperrdiode einer Halbbrücke mit einem Hauptventilzweig verbunden ist und jeder der Dreieckpunkte einer Halbbrücke über die Reihenschaltung einer Diode und einer ohm'sch-induktiven Impedanz an einen der den Wechselrichter speisenden Gleichspannungsanschlüsse angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wechselrichter, der einen durch einen Glättungskondensator (C) zwischen den Gleichspannungsanschlüssen gewährleisteten "Konstant-Spannungs-Eingang, Rückstromdioden (&pgr; 12, &pgr; 22 ...&eegr; 62) antiparallel zu jedem Hauptventilzweig (n 10, &pgr; 20 ... &eegr; 60), wechsels£>annungsseitig angeordnete Umschwing-Induktivkaien (H4, /34, /54) und in P.eihe zu den Hauptventilen bzw. Rückstromdioden liegende Drosseln (711 ... /61; /12 — /62) zur Stromanstiegsbegrenzung aufweist, zur betriebsmäßigen Abmagnetisierung der Drosseln (i 11... / 61; /12... /62) jeder der Dreieckpunkte einer Brückenhälfte über die Reihenschaltung der Diode (n 13, &pgr; 23 ... &eegr; 63) und der ohm'sch-induktiven Impedanz (r 13, /13; r 43, /34) an den Gleiclispannungsanschluß der anderen Brückenhälfte dauerhaft angeschlossen ist.