DE3118398A1 - Umrichterschaltung - Google Patents

Description

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BROWN ,BOVERI & C-IE AKTIENGESELLSCHAFT Mannheim 7. Mai 1981

Mp.-Nr. 555/81 ZPT/P3-Bi/Bt

Umrichtrrschal tuncj

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Umrichter, bestehend aus einem netzgeführten Gleichrichter, einem selbstgeführten Wechselrichter in Brückenschaltung mit gemeinsamer Löscheinrichtung für alle Brückenzweige und einem Zwischenkreis mit variabler Zwischenkreisspannuny, wobei der Zwischenkreis als//-Glied mit einer ersten Drossel, einem Ladekondensator und einer zweiten Drossel ausgebildet ist, die zweite Drossel mit Primärkreis und Sekundarkreis versehen ist und der Sekundärkreis über einen Gleichrichter parallel zum Ladekondensator geschaltet ist.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist. bekannt und haridolsüblich. Sie ist außerdem in Figur 1 dargestellt. Bei dieser bekannten Schaltung· tritt bei jedem Ansprechen der Löscheinrichtung eine hohe Spannung an der Sekundärwicklung der Drossel und somit an dem in Serie zu der Sekundärwicklung

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liegenden Gleichrjchtcr auf. Diese Spannung betragt das 10- bis ZO-leiche der Gleichspannung im Zwischenkreis. Die Drossel muis deshalb besonders gut isoliert werden und der Gleichrichter muli durch Hei honschal tuny mehrerer Elemente mit entsprechend hoher Spcrrspannunysfestigkeit realisiert werden, was zu zusätzlichem Platzbedarf und zusätzlichen Kosten führt .

Der vorliegenden I.rfinduny liegt die Aufyabe zuyrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, bei der das Entstehen von Spannungen, die wesentlich über das Niveau der Zwischenkreisspannung hinausgehen, verhindert und der Isolationsaufwand der Drossel erheblich reduziert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Sekundärkreis der zweiten Drossel eine Vielzahl von Sekundärwicklungen enthält, daß in Serie zu jeder Sekundärwicklung ein Gleichrichter lit.'fjt und daß alle- Serienylieder aus Sekundärwicklung und Gleichrichter gleichsinnig hintereinander geschaltet sind.

Damit ergeben sich die Vorteile, daß bei geeigneter Wahl des Windungszahlverhältnisses zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung keine Spannungen entstehen können, die die Größenordnung der maximalen Zwischenkreisspannuny überschreiten. Ferner sind bei geeignetem Aufbau der Drossel die Kreisströme durch die Wicklungen sehr gering, ebenso die Ströme durch die Isolationsschichten. Dies führt zu einer äußerst geringen Verlustleistung. Bei einer festen Kopplung der Sekundärwicklungen untereinander und mit der Primärwicklung treten zudem praktisch keinerlei Störschwingunyen auf. Wechselstrommäßiy sind alle Sekundärwicklungen zueinander parallel-, gleichstrommäßig über die Gleichrichter hinterfinanderyeachaltet.

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Mit einer vorteilhaften Weiterbildung ist: parallel zum l.Ddekondonsator fin kapnz i ( i ver Sp.innunqste i 1 er angeordnet , dessen Tcm lorpunk 1 <■ mit je ei nein Anschluß jeder Sekundärwicklung verbunden sind. )·: ι η derartiger kapazitiver Spannungsteiler empfiohlt sich insbesondere dann, wenn entweder die Kapazität der einzelnen Sekundärwicklungen gegeneinander zu klein oder zu unterschiedlich ist, so daß die Gefahr von Potentialverschiebungen besteht.

Vorzugsweise ist parallel zu jedem Gleichrichter im Sekundärkreis der Drossel ein hochohmiger Widerstand geschaltet. Hierdurch können unerwünschte Potentialverschiebungen infolge unterschiedlicher Sperrströme in einzelnen Gleichrichtern ausgeglichen werden.

Gemäß einer zusätzlichen Weiterbildung können die hochohmigen Widerstände auch parallel zu jedem Kondensator des kapazitiven Spannungsteilers geschaltet sein. Auch hier dienen sie dazu, unterschiedliche Restströme in den einzelnen Kondensatorelementen und die daraus resultierenden unerwünschten Potentialverschiebungen auszugleichen.

Die Sekundärwicklungen können als Lagen- oder Kammerwicklungen ausgeführt sein. Lagenwicklungen ercjeben eine gute gegenseitige Kopplung. Kammerwicklungen ergeben eine lose Kopplung der einzelnen Sekundärwicklungen untereinander und ermöglichen eine Oberwellenabstimmung, die in den Gleichrichtern zu einem größeren Stromflußwinkel führt. Außerdem ist die Herstellung von Lagenwicklungen und Kammerwicklungen unterschiedlich, so daß jeweils im Einzelfall abgewogen werden muß, mit welcher Technik die Kosten am geringsten gehalten werden können.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispieis näher erläutert werden.

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Ks zeigen:

Fig. 1 eine bekannte und handelsübliche Umrichterschal-

tunq, in deren Gleichspannungszwischenkreis eine Drossel mit einer einzigen Sekundärwicklung angeordnet ist und

Fig. 2 den Zwischenkreis einer Umrichterschaltung, in

dem eine Drossel mit mehreren Sekundärwicklungen

angeordnet ist.

Anhand der Schaltungsanordnung in Fig. 1 sollen Aufbau und Wirkungsweise eines Umrichters mit -variabler Swischenkreisspannung und gemeinsamer Löscheinrichtung für die Brückenzweige des Wechselrichters erläutert werden. Man erkennt einen netzgeführten Stromrichter 2, der hier als vollgesteuerte Drehstrom-Brückenschaltung mit sechs Thyristoren ausgeführt ist. Man erkennt ferner einen selbstgeführten Wechselrichter 6, der ebenfalls als Drehstrom-Brückenschaltung mit sechs Brückenzweigen ausgebildet ist, wobei jeder Brückenzweig des Wechselrichters 6 aus einem Thyristor und einer antiparallelen Diode besteht. Die Wechselstromanschlüsse des Wechselrichters 6 sind mit einer (nicht dargestellten) Last 9 verbunden. Zwischen den Gleichspannungsanschlüssen 5, 7 des Wechselrichters 6 ist eine für alle Brückenzweige gemeinsame Lösch- und Kommutierungseinrichtung 8 vorgesehen. Dor Aufbau einer derartigen Summenlöscheinrichtung ist bekannt . Ihr ο Wirkungsweise· beruht darauf, daß die Gleichspannungsk Lemnu-n 5, 7 kurzgeschlossen werden, worauf die Thyristoren des Wechselrichters 6 stromlos und gelöscht werden. Die Dioden sind vom Strom aus der Löscheinrichtung durchflossen.

Zwischen Klemmen 13, 14 einerseits und 5, 7 andererseits befindet sich ein Gleichspannungszwischenkreis mit variabler Spannung, der als//-ulied mit einer ersten Drossel 3, einem Ladekondensator 1 und einer zweiten Drossel 4 aufgebaut ist.

Die zweite Drossel 4 enthält einen Primärkreis 4.1 sowie

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einen Sekundärkreis 4.2. Der Sekundärkreis 4.2 ist über einen Gleichrichter 10 parallel zum Ladekondensator 1 geschaltet.

Im Betrieb liegt am Ladokondensator 1 eine im Kurzzeitbereich konstante, im Lanqzeitbereirh mit der Ausgangsfrequenz veränderliche Spannung. Durch das Zusammenwirken der Löscheinrichtung 8 mit dem Wochselrichl er 0 wird an di>n Verbraucher 9 eine rechteckförmige Drehspannung geschaltet. Nach der Löschung der Thyristoren troil.it di<* Induktivität d"s Verbrauchers 9 den Strom in gleicher Höhe über die antiparallel zum gegenüberliegenden Thyristor angeordnete Diode. Der vom Glcichstromanschluß 7 dos Wechselrichters b aufgenommene Diodenstrom fließt direkt in den Ladekondensator. Der vom Gleich-Stromanschluß 5 des Wechselrichters 6 aufgenommene Diodenstrom bewirkt an der wechselrichterseitigen Primärklemme der Drossel 4 eine Spannungserhöhung, die entsprechend dem Windungszahlverhältnis in die Sekundärwicklung 4.2 der Drossel 4 transformiert wird. Die Sekundärspannung der Drossel 4 wird in ihrer Höhe durch den Gleichrichter 10 auf die Spannung des Zwischenkreiskondensators 1 begrenzt. Dadurch wird gleichzeitig die Spannunyserhöhuruy in der Primärwicklung 4.1 der Drossel 4 entsprechend dem Übersetzungsverhältnis begrenzt.

Nach erfolyter Abmagnetisierung des Verbrauchers 9 verschwindet der Diodenstrom und somit die Spannungsüberhöhung in der Primärwicklung 4.1 der Drossel 4. Der Verbraucherstrom wird von einem durch einen Zündimpulsstrom führend gemachten • 30 Thyristor übernommen.

Bei Betätigung der Löscheinrichtung 8, die einen Strom über die Dioden des Wechselrichters 6 treibt und auf diese Weise die stromführenden Thyristoren zum Verlöschen bringt, wird die Spannung zwischen den wechselrichterseitigen Gleichstrom-

7 zu näherungsw-1 i;c 0 Volt <-r zwuncj"n .

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Somit 1 iet j t an d"r Primärwicklung 4.1 der Drossel 4 die volle Spannung des Ladokondensators 1. Diese wird entsprechend dom W lnduncjsza-h] verhältnis in die Sekundärwicklung 4.2 transformiert und erscheint, vergrößert um die Spannung am Ladekondensator 1 als Sperrspannung am Gleichrichter 10.

Das Winduncjszahlverhältnis von Sekundärwicklung 4.2 zu Primärwicklung 4.1 der Drossel 4 wird mit Rücksicht auf die Forderung nach einer möglichst kleinen Spannungsüberhöhung am Gleichstromanschluß 5 des Wechselrichters 6 groß gewählt, so daß beim Ansprechen der Löscheinrichtung 8 eine entsprechend hohe Spannung an der Sekundärwicklung 4.2 der Droasd 4 und isomi t an dem Gleichrichter 10 erscheint. Diose Spannung betragt, üblicherweise das 10- bis 20-fache der Anschlußspannung des Umrichters und führt deshalb zu Problemen mit der Drosselisolation und zu erhöhten Aufwendungen, da der Gleichrichter 10 wegen der hohen Sperrspannung durch eine Reihenschaltung mehrerer Gleichrichterelemente realisiert werden muß.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Gleichspannungszwischenkreises zwischen den Klemmen 13, 14 einerseits und 5, 7 andererseits bei Verwendung einer Drossel 4 mit einer Primärwicklung 4.1 und mehreren Sekundärwicklungen 4.2.1 4.2.4.

In Serie zu jeder Sekundärwicklung liegt ein eigener Gleichrichter 10.1... 10.4. Alle Serienglieder aus Sekundärwicklung • und Gleichrichter sind gleichsinnig hintereinander geschaltet. Wählt man das Windungszahlverhältnis zwischen Primärwicklung und jeder Sekundärwicklung in der Größe von 1, so wird an keiner Stelle die Größenordnung der Zwischenkreisqleichspannung überschritten. Das bedeutet, daß für die Isolierung der Sekundärwicklungen kein höherer Aufwand betrieben werden muß als für die Isolierung der Primärwicklung, da alle Sekundärwicklungen wechselstrommäßig parallel liegen.

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7. O^r) . I

Parallel zum !,adckondensator I ist ein kapazitiver Spannungsteiler 11.1....11.4 angeordnet, dessen Teilerpunkte mit je einem Anschluß jeder Sekundärwicklung 4 .2 .1. . .4 .2 . verbunden sind. Dieser kapazitive Spannungsteiler kann entweder durch die Koppelkapazitat der einzelnen Sekundärwicklungen untereinander oder aber durch (zusätzliche) externe Kondensatorelemente realsicrt sein. Wird die Kapazität der äußeren Kondensatorelemente 11.1... 11.4 wesentlich größer gewählt als die Kapazität der einzelnen Sekundärwicklungen 4 .2 . 1. . . . 4 . 2 . 4 untereinander, so können die ansonsten .bei unterschiedlichen Koppelkapazitäten auftretenden unerwünschten Potent ial Verschiebungen /.wischen den einzelnen Sekundärwicklungen ausgeglichen werden.

Durdi die Anordnung von je einem hochohmigen Widerstand 12.1...12.4 parallel zu jedem Gleichrichter 10.1....10.4 können unerwünschte Potentialverschiebungen durch unterschiedliche Sperrströme ausgeglichen werden.

Die Sekundärwicklungen können entweder als Lagenwicklung oder als Kammerwicklung aufgebaut sein. Lagenwicklungen haben eine relativ hohe gegenseitige Kapazität, so daß bei geeigneter Dimensionierung auf den parallelen kapazitiven Spannungsteiler 11.1. .'. .11.4 verzichtet werden kann. Kammerwicklungen können dagegen meist vorgefertigt werden und brauchen nur noch in der gewünschten Anzahl auf den Drosselkern aufgeschoben zu werden.

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Claims (5)

1. Mp.-Nr. ^Γ>55/81 7. Mai 1981

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   Ansprüche

   Γ 1. /Schaltungsanordnung für einen Umrichter, bestehend aus einem netzgeführten Gleichrichter (2), einem selbstgeführten Wechselrichter (6) in Brückenschaltung mit gemeinsanier Löscheinrichtung (8) für alle Brückenzweige und einem Zwischenkreis mit variabler Zwischenkreisspannung, wobei der Zwischenkreis als //-Glied mit einer ersten Drossel (3), einem Ladekondensator (1) und einer zweiten Drossel (4) ausgebildet ist, die zweite Drossel (4) mit Primärkreis (4.1) und Sekundärkreis (4.2) versehen ist und der Sekundärkreis (4.2) über einen Gleichrichter (10) parallel zum Ladekondensator (1) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkreis (4.2) der zweiten Drossel (4) eine Vielzahl von Sekundärwicklungen (4.2.1...4.2.4) enthält, daß in Serie zu jeder Sekundärwicklung ein Gleichrichter (10 .1.. . .10 .4) liegt und daß alle Serienglieder aus Sekundärwicklung (4.2.1...) und Gleichrichter (10.1...) gleichsinnig hintereinandergeschaltet sind.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Ladekonde>nsator (1) ein kapazitiver Spannungsteiler (11.1. . . . 11.4 ) angeordnet ist, dessen Teilerpunkte mit je einem Anschluß jeder Sekundärwicklung (4.2.1....4.2.4) verbunden sind.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu jedem Gleichrichter (10 .1. . .10 .4) im Sekundärkreis (4.2) der Drossel (4) ein hochöhmiger Widerstand (12 .1. ..12 .4 ) geschaltet ist.

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4. 4. .Schal t urujHanordriunq nach Anspruch 2 oder 3, dadurch qf.'konnzoichnet, daß parallel zu jedem Kondensator (11.1... .11.4) dos kapazitiven Spannungsteilers ein hochohmiger Widerstand geschaltet ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen (4.2.1... 4.2.4) als Lagenwicklung ausgeführt sind.

   .6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen (4.2.1... 4.2.4) als Kammerwicklung ausgeführt sind.

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