CH406410A - Selbstgeführter Mehrphasen-Wechselrichter - Google Patents

Description

  Selbstgeführter     Mehrphasen-Wechselrichter       Bei einem selbstgeführten Wechselrichter stehen  die Strom- und Spannungsbeanspruchung der Ventile,  insbesondere die sogenannte     Anodensperrbeanspru-          chung    dieser Ventile bekanntlich in einem bestimmten  Zusammenhang mit der Höhe des Gleichstromes und  der Gleichspannung der     Gleichspannungsquelle,    von  welcher die Gleichstromeinspeisung des Wechselrich  ters erfolgt.  



  Dieser Umstand stellt in vielen Fällen ein Hinder  nis dar, die Ventildaten an die Strom- und Spannungs  werte der     Gleichspannungsquelle    anzupassen. Dies gilt  insbesondere für Wechselrichter mit Halbleiterventilen,  beispielsweise     Silizium-Halbleiterzellen,    die in der       Zweipulsschaltung    eine Gleichspannung von nur we  nigen Hundert Volt zulassen.  



  In zahlreichen Anwendungsfällen von Wechselrich  tern ist es jedoch erwünscht, eine     Gleichspannungs-          quelle    mit einer höheren Gleichspannung, als in den  bekannten Schaltungen zulässig ist, verwenden zu kön  nen. Diese Fälle liegen insbesondere dann vor, wenn  die Gleichstromeinspeisung des Wechselrichters durch  einen Gleichrichter erfolgen soll. Geht man beispiels  weise davon aus, dass ein Drehstromnetz mit einer  verketteten effektiven Spannung von 380 V vorliegt, an  welches ein Gleichrichter in einer     Dreiphasen-Brük-          kenschaltung    angeschlossen ist, so würde die Gleich  spannung etwa 500 V betragen, die für die Ventile  eines     zweipulsigen    Wechselrichters unzulässig hoch  wäre.

   Die Schwierigkeit kann zwar grundsätzlich durch  eine Reihenschaltung von zwei oder oder mehreren  Ventilen beseitigt werden. Diese Massnahme     erfordeit     aber zusätzliche Schaltmittel, beispielsweise die Paral  lelschaltung von Widerständen, meist noch in Verbin-         dung    mit Kondensatoren, um eine gleichmässige Span  nungsaufteilung auf die in Reihe geschalteten Ventile  sicherzustellen. Dies ist aber aufwendig und bedingt  ausserdem zusätzliche Verluste.  



  Diese Schwierigkeiten sollen durch die Erfindung  überwunden werden, ohne die angezeigten Nachteile  in Kauf nehmen zu müssen. Hierbei ist angenommen,  dass es sich um einen     Mehrphasen-Wechselrichter     handelt, dessen Phasen von einer gemeinsamen Gleich  spannungsquelle gespeist werden.

      Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstgeführ  ten     Mehrphasen-Wechselrichter,    vorzugsweise mit  steuerbaren Halbleiterventilen, welcher aus einer an  eine speisende     Gleichspannungsquelle    angeschlossenen  Schaltungskombination aus mehreren     Einphasen-          Wechselrichtern    mit je einem Gleichstromeingang und  je einem     Wechselstromausgang    besteht, welche mit zu  gehörigen Ausgangstransformatoren verbunden sind,  deren Sekundärwicklungen untereinander zu einem  symmetrischen     Mehrphasensystem    verbunden und  symmetrisch belastet sind, wobei die Ventile der Ein  phasen-Wechselrichter derart symmetrisch phasenver  setzt gesteuert sind,

   dass die Spannungen des Mehr  phasensystems eine symmetrisch versetzte Phasenlage  aufweisen.  



  Die Erfindung besteht darin, dass die Gleichstrom  eingänge der     Einphasen-Wechselrichter,    deren Span  nungen an den     Wechselstromausgängen    eine sym  metrisch versetzte Phasenlage aufweisen, in Reihe  geschaltet mit der speisenden     Gleichspannungsquelle     verbunden sind, und den Gleichstromeingängen der       Einphasen-Wechselrichter    je ein Kondensator von      untereinander gleicher Kapazität parallel geschaltet ist.  Zwei Beispiele derartiger Schaltungen sind in     Fig.     



  1 und 2 als Blockschaltbild wiedergegeben. Die Schal  tungen beziehen sich auf     Dreiphasen-Wechselrichter,     bei welchen die Sekundärwicklungen der Ausgangs  transformatoren in dem Beispiel nach     Fig.    1 in Stern,  und die Sekundärwicklungen der Ausgangstransforma  toren in dem Beispiel nach     Fig.    2 in     Zickzack_geschal-          tet    sind.  



  In     Fig.    1 sind 1,2 und 3 drei selbstgeführte     Einpha-          sen-Wechselrichter    mit je einem Gleichstromeingang  und einem     Wechselstromausgang.    Die von diesen  Wechselrichtern erzeugten Wechselspannungen sind  an den Primärwicklungen der zugehörigen drei Aus  gangstransformatoren 4,5 und 6 wirksam. Die Sekun  därwicklungen dieser Transformatoren sind in Stern  geschaltet. Der Sternpunkt ist mit 0, die der drei  Anschlussklemmen der     Dreiphasenwechselspannungen     sind mit U, V, W bezeichnet. An diese Klemmen ist  eine nicht     dargestellte,    symmetrische Belastung an  geschlossen.  



  Die Ventile der drei     Einphasen-Wechselrichter    sol  len durch ein Steuergerät 10 in bekannter Weise sym  metrisch phasenversetzt gesteuert werden, so dass bei       erfolgender    Gleichstromeinspeisung die Spannungen  der     Wechselstromausgänge    eine symmetrisch versetzte  Phasenlage aufweisen.  



  Die Gleichstromeingänge der drei     Einphasen-Wech-          selrichter    sind     erfindungsgemäss    in Reihe geschaltet  mit der durch die Klemmen     +    und - bezeichneten  speisenden     Gleichspannungsquelle    verbunden.     Ausser-          dem    ist jedem dieser Gleichstromeingänge ein Konden  sator parallel geschaltet.

   Die mit 7, 8, 9 bezeichneten  Kondensatoren haben die gleiche Kapazität, die so  gross ist, dass eine hinreichende     Glättung    der Teil  gleichspannungen bei kurzzeitig unterschiedlichen  Augenblickswerten der Gleichströme der     Einphasen-          Wechselrichter        gewährleistet    ist.  



  Wenn der     Mehrphasen-Wechselrichter    annähernd  symmetrisch belastet ist, sind auch die Mittelwerte der  von den drei     Einphasen-Wechselrichtern    1, 2, 3 auf  genommenen Gleichströme etwa gleich. Dadurch ergibt  sich eine annähernd gleichmässige Aufteilung der mit       U;    bezeichneten     Gesamt-Gleichspannung    auf die ein  zelnen Wechselrichter.  



  Bei dieser Anordnung kann die Gleichspannung     U,     den dreifachen Wert der für jeden einzelnen     Einpha-          sen-Wechselrichter    zulässigen Gleichspannung haben.  Ein weiterer Vorteil der Schaltung besteht darin, dass  die annähernd gleichmässige Aufteilung der Spannung  der     Gleichspannungsquelle    auf die drei     Einphasen-          Wechselrichter    stabil ist.

   Denn angenommen, es würde  eine Phase auf der     Wechselstromseite    stärker belastet  als die beiden anderen Phasen, so würde der Gleich  strom des zugehörigen     Einphasen-Wechselrichters    an  steigen, was zur Folge hätte, dass die Gleichspannung  dieses Wechselrichters absinkt. Damit würde auch des  sen Wechselspannung absinken, wodurch aber verhin  dert ist, dass die Stromerhöhung in der betreffenden  Phasen überhaupt dauernd zustande kommt. Jede         GleichgewichtsstörÜng    der Belastungsverteilung wird  infolgedessen selbsttätig ausgeglichen.  



  Bei der in     Fig.    2 gezeigten Anordnung eines Drei  phasen-Wechselrichters sind die     Sekundärwickhmgen     der Ausgangstransformatoren, wie bereits gesagt, in  Zickzack geschaltet. Dementsprechend sind sechs Aus  gangstransformatoren vorgesehen, welche an sechs       Einphasen-Wechselrichtern    angeschlossen und deren  Sekundärwicklungen paarweise in Reihe geschaltet  sind.  



  Diese bestehen aus zwei Gruppen von     Einphasen-          Wechselrichtern,    welche mit 11, 12, 13 und mit 14, 15,  16 bezeichnet sind. Ihre     Ausgangstransformatoren    sind  mit 17, 18, 19 und mit 20, 21, 22 bezeichnet. Die Ven  tile dieser Wechselrichter sind durch ein Steuergerät 29  derart gesteuert, dass die Wechselspannungen der     er-.     sten Gruppe eine symmetrisch versetzte Phasenlage  und die Wechselspannungen der zweiten Gruppe eben  falls eine symmetrisch versetzte Phasenlage aufweisen.

    Die Phasenversetzung der Wechselspannungen der  beiden Gruppen zueinander ist in bekannter Weise so  gewählt, dass mit der Reihenschaltung der Sekundär  wicklungen der Transformatoren 17, 20 bzw. 18, 21  bzw. 19, 22 und der Bildung eines     Sternpunktes    eine       dreiphasige        Zickzackschaltung    entsteht. Dies hat, wie  bekannt ist, zur Folge, dass je zwei     Einphasen-Wech-          selrichter,    die zu verschiedenen Ausgangsphasen ge  hören, ein gleicher Steuerwinkel der Ventile zukommt.  Der Sternpunkt der     Zickzackschaltung    ist mit 0, die  drei Anschlussklemmen sind mit U, V, W bezeichnet.  



  Die Gleichstromeingänge der     Einphasen-Wechsel-          richter    der einen vorgenannten Gruppe sind in Reihe  geschaltet mit der durch die Klemmen + und - be  zeichneten speisenden     Gleichspannungsquelle    verbun  den. Ebenso sind die Gleichstromeingänge der     Einpha-          sen-Wechselrichter    der anderen Gruppe in Reihe ge  schaltet mit der     Gleichspannungsquelle    verbunden. Die  infolge der     Reihenschaltung    gemeinsam eingespeisten  Wechselrichter haben Ausgangsspannungen mit unter  schiedlicher Phasenlage, da sie, jede Gruppe für sich,  ein     Dreiphasensystem    bilden.

   Die Gleichstromeingänge  der einen     Wechselrichtergruppe    durch die Kondensa  toren 26, 27, 28 mit untereinander gleicher Kapazität  überbrückt.  



  Es kann     mitunterzweckmässig    sein, die Gleichstrom  eingänge der jeweils zu verschiedenen Gruppen ge  hörenden     Einphasen-Wechselrichter,    deren Sekundär  wicklungen der Ausgangstransformatoren in Reihe  geschaltet sind, einzeln parallel zu schalten. Dies kann  in dem Beispiel nach     Fig.    2 durch Querverbindungen  erfolgen, welche gestrichelt angedeutet sind.  



  Mit diesen beschriebenen Schaltungsbeispielen sind  Ausbildungsmöglichkeiten von     Mehrphasen-Wechsel-          richtern    nach der Erfindung nicht erschöpft. Das Schal  tungsprinzip, das an Beispielen von     Dreiphasen-Wech-          selrichtern    erläutert wurde, kann auch auf alle anderen  symmetrischen     Mehrphasen-Wechselrichter    anderer  Schaltung und höherer Phasenzahl angewendet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Selbstgeführter Mehrphasen-Wechselrichter, insbe- sondere mit steuerbaren Halbleiterventilen, bestehend aus einer an eine speisende Gleichspannungsquelle angeschlossenen Schaltungskombination aus mehreren Einphasen-Wechselrichtern mit je einem Gleichstrom eingang und je einem Wechselstromausgang, welche mit zugehörigen Ausgangstransformatoren verbunden sind, deren Sekundärwicklungen untereinander zu einem symmetrischen Mehrphasensystem verbunden und symmetrisch belastet sind, wobei die Ventile der Einphasen-Wechselrichter derart symmetrisch phasen versetzt gesteuert sind,

   dass die Spannungen des Mehr phasensystems eine symmetrisch versetzte Phasenlage aufweisen, dadurch 'gekennzeichnet, dass die Gleich stromeingänge der Einphasen-Wechselrichter, deren Spannungen an den Wechselstromausgängen eine sym metrisch versetzte Phasenlage aufweisen, in Reihe ge schaltet mit der speisenden Gleichspannungsquelle verbunden sind, und den Gleichstromeingängen der Einphasen-Wechselrichter je ein Kondensator von untereinander gleicher Kapazität parallel geschaltet ist. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Selbstgeführter Mehrphasen-Wechselrichter nach Patentanspruch, bestehend aus einer Schaltungskom bination aus drei Einphasen-Wechselrichtern mit Aus gangstransformatoren, deren Sekundärwicklungen in Dreiphasen-Stern geschaltet sind, wobei die Ventile dreiphasig symmetrisch phasenversetzt gesteuert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromeingänge der drei Einphasen-Wechselrichter (1, 2, 3) in Reihe geschaltet mit der Gleichspannungsquelle verbunden sind und den Gleichstromeingängen der drei Einpha- sen-Wechselrichter je ein Kondensator (7, 8, 9) parallel geschaltet ist. 2.

   Selbstgeführter Mehrphasen-Wechselrichter nach Patentanspruch, bestehend aus einer Schaltungskom bination von zwei Gruppen von je drei Einphasen- Wechselrichtern mit Ausgangstransformatoren, deren Sekundärwicklungen zur Bildung einer Dreiphasen Zickzackschaltung paarweise in Reihe geschaltet sind, wobei die Ventile jeder Gruppe dreiphasig symme trisch phasenversetzt gesteuert sind, derart, dass je zwei Einphasen-Wechselrichtern, die zu verschiedenen Ausgangsphasen gehören, die gleiche Phase des Steuer winkels zukommt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromeingänge der Einphasen-Wechselrichter jeder Gruppe (11, 12,

   13 bzw. 14, 15, 16) für sich in Reihe geschaltet mit der Gleichspannungsquelle ver bunden sind und den Gleichstromeingängen der sechs Einphasen-Wechselrichter je ein Kondensator (23-28) parallel geschaltet ist. 3- Selbstgeführter Mehrphasen-Wechselrichter nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromeingänge der jeweils zu verschiedenen Gruppen gehörenden Einphasen-Wechselrichter, deren Sekundärwicklungen der Ausgangstransformatoren in Reihe geschaltet sind, durch zusätzliche Querverbin dungen einzeln parallel geschaltet sind.