CH661820A5 - Verfahren zur vorladung von kommutierungskondensatoren in einem wechselrichter mit phasenfolgeloeschung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorladung von Kommutierungskondensatoren in einem Wechselrichter mit Phasenfolgelöschung gemäss dem Obebegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der Druckschrift EP-A2-0 031 118 bekannt. Da bei dem genannten Wechselrichter mit Phasenfolgelöschung der gerade leitende Wechselrichterthyristor beim Kommutierungsvorgang dadurch gelöscht wird, dass sich ein geladener Kommutierungskondensator bei Zündung des nächstfolgenden Thyristors in derselben Kommutierungsgruppe über den zu löschenden Thyristor entlädt und so einen zur Löschung geeigneten Stromnulldurchgang erzwingt, müssen notwendigerweise bestimmte Kommutierungskondensatoren bereits bei Beginn des Wechselrichterbetriebs ausreichend geladen sein, um von Anbeginn an eine sichere Kommutierung zu gewährleisten.

Diese Vorladung der Kommutierungskondensatoren wird bei dem bekannten Verfahren über einen ohmschen Spannungsteiler aus Vorladungs widerständen erreicht, der an eine externe Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Aufgrund der besonderen Art der Wechselrichterschaltung, bei der die obere und untere Kommutierungsgruppe über Wechselrichterdioden zusammenhängen, lassen sich die Kondensatoren auf eine maximale Spannung vorladen, die unabhängig von dem gewählten Widerstandsverhältnis des Spannungsteilers auf die Hälfte der von der Gleichspannungsquelle abgegebenen Ausgangsspannung begrenzt ist.

Weil die bei der Vorladung erreichte Kondensatorspannung in direktem Zusammenhang mit der Kommutierungsfähigkeit zu Beginn des Wechselrichterbetriebs steht, wird bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik nicht die maximal mögliche Kommutierungsfähigkeit erzielt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vorladung zu schaffen, das bei geringem zusätzlichem Aufwand und unter voller Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Gleichspannung die Kommutierungsfähigkeit bei Beginn des Wechselrichterbetriebs entscheidend verbessert.

Die Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten Verfahren dadurch gelöst, dass die Merkmale gemäss dem Kennzeichen des Anspruchs 1 vorgesehen sind. Das erfindungsgemässe Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass unter weitgehender Beibehaltung der bekannten Wechselrichterschaltungen und Vorladungseinrichtungen die Spannung der Kommutierungskondensatoren bei der Vorladung und damit die Kommutierungsfähigkeit verdoppelt werden kann.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungs-gemässen Verfahrens werden als Gleichspannungsquelle für die Vorladung das Gleichspannungsnetz selbst sowie Zerhacker und Fahrschalter als Überbrückungsschalter für den ersten und zweiten Vorladungswiderstand verwendet.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 die Schaltungsanordnung eines Wechselrichters mit Vorladungseinrichtung und externer Gleichspannungsquelle zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 2 eine bevorzugte Schaltungsanordnung zur direkten Vorladung aus dem Gleichspannungsnetz und

Fig. 3 eine Schaltung gemäss Fig. 2 mit einer als Zerhacker wirkenden, elektronischen Chopperschaltung mit rückwärtsleitenden Thyristoren.

In Fig. 1 ist eine prinzipielle Wechselrichterschaltung mit Vorladungseinrichtung dargestellt, wie sie zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet werden kann. Der Wechselrichter besteht im wesentlichen aus Wechselrichterthyristoren TW1, ..., TW6, die zusammen mit den zugeordneten Wechselrichterdioden DW1, ..., DW6 und Kommutierungskondensatoren Cl, ..., C6 in einer Brückenschaltung angeordnet sind. Je drei Wechselrichterthyristoren TW1, TW3, TW5 bilden eine obere, die anderen drei Wechselrichterthyristoren TW2, TW4, TW6 eine untere Kommutierungsgruppe. Die Brücke erzeugt in einem angeschlossenen, dreiphasigen Verbraucher, z.B. einer Drehstrommaschine M, ein Drehstromsy-stem. Der Wechselrichter selbst wird aus einer Gleichstromquelle gespeist, die einen Zerhacker Z zur Steuerung des eingeprägten Gleichstroms, eine Zwischenkreisdrossel LZ zur Glättung des pulsierenden Gleichstromes sowie einen Fahrschalter FS zur Umkehr der Quellenspannung enthält. Eine Freilaufdiode DA, wie sie zur Übernahme des Drosselstromes bei offenem Zerhacker benötigt wird, ist in Fig. 1 der besseren Übersicht wegen nicht, jedoch an gleicher Stelle in Fig. 2 eingezeichnet. Die Stromquelle wird über ein Filter aus einem Gleichspannungsnetz direkt oder über einen gesteuerten Gleichrichter aus einem Wechselspannungsnetz versorgt, die ebenfalls nicht dargestellt sind.

Für die Vorladung wird eine Gleichspannungsquelle GL verwendet, die am Ausgang eine bestimmte Gleichspannung U0 abgibt. Die Kommutierungskondensatoren Cl, ..., C6 sind über Vorladungswiderstände Rl, R2, Rll, ..., R23 und Vorladungsdioden Dl, D2, Dil, ..., D23, die eine Entkopplungsfunktion haben, mit dem Ausgang der Gleichspannungsquelle GL verbunden. Während nach dem Stand der Technik die Vorladungswiderstände Rl und R2 zu keinem Zeitpunkt kurzgeschlossen werden können, sind gemäss Fig. 1 zur zeitweisen Überbrückung von Rl und R2 Überbrückungsschalter Sl und S2 vorgesehen, die unabhängig voneinander angesteuert werden können.

Werden nach dem bekannten Verfahren beispielsweise die Wechselrichterthyristoren TW1 und TW2 zum Vorladen der Kommutierungskondensatoren Cl, C5 und C2, C6 gezündet, bilden die Vorladungswiderstände Rl und Rll für die obere Kommutierungsgruppe, sowie R2 und R21 für die untere Kommutierungsgruppe je einen Spannungsteiler, der nach Massgabe des Teilungsverhältnisses die aufgezählten Kondensatoren auflädt. Die Werte der Vorladungs widerstände Rl, R2, Rll, ..., R23 sind üblicherweise gleich gross. Daher beträgt die Kondensatorspannung nach Beendigung des Aufladevorganges, wie er

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

661 820

nach dem Stand der Technik abläuft, U0/2. Dies ist aber zugleich auch die maximal erreichbare Spannung, weil jede Veränderung der Teilverhältnisse zu höheren Spannungen hin durch den Stromnebenschluss über die Wechselrichterdioden DW1 und DW2 sowie die dazwischengeschaltete Last des Verbrauchers M kompensiert wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren geht nun von dieser in bekannter Weise erreichten Kondensatorspannung U0/2 aus und überbrückt in einem ersten Schritt den Vorladungs widerstand Rl mit Hilfe des Überbrückungsschalters Sl, während der andere Überbrückungsschalter geöffnet bleibt. Gleichzeitig werden wiederum die Wechselrichterthyristoren TW1 und TW2 gezündet. Dadurch fällt die volle Gleichspannung U0 an dem verbleibenden Widerstand Rll ab, so dass die Kondensatoren Cl und C5 nach kurzer Zeit ebenfalls die volle Gleichspannung U0 erreichen.

Ist dieser Aufladevorgang des ersten Schrittes abgeschlossen, wird der Überbrückungsschalter Sl wieder geöffnet. In einem nachfolgenden zweiten Schritt wird nunmehr der Vorladungswiderstand R2 durch Betätigen des Überbrückungsschalters S2 kurzgeschlossen. Den Verhältnissen und Abläufen im ersten Schritt entsprechend, fällt die volle Gleichspannung U0 jetzt am Widerstand R21 ab und lädt die Kondensatoren C2 und C6 auf. Nach Beendigung dieses weiteren Aufladevorganges wird schliesslich auch der Überbrückungsschalter S2 wieder geöffnet. Insgesamt sind zu diesem Zeitpunkt die Kommutierungskondensatoren Cl, C5 und C2, C6 auf ü0 aufgeladen und haben dadurch ihre volle Kommutierungsfähigkeit erreicht, wenn anschliessend der Wechselrichterbetrieb mit dem Schlies-sen von Zerhacker Z und Fahrschalter FS, die bislang geöffnet waren, und der erneuten Zündung der Wechselrichterthyristoren TW1 und TW2 beginnt.

Der Kern der Erfindung besteht also darin, dass durch die Hinzunahme der beiden unabhängig angesteuerten Überbrückungsschalter Sl und S2 die Vorladevorgänge in der unteren und oberen Kommutierungsgruppe des Wechselrichters zumindest teilweise entkoppelt werden und dadurch in einfacher Weise eine Verdopplung der vorgeladenen Kondensatorspannung möglich ist.

Gemäss einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens wird als Gleichspannungsquelle GL das Gleichspannungsnetz selbst verwendet. Dann reduziert sich der schaltungstechnische Aufwand für die Vorladung erheblich, weil keine externe Spannungsquelle benötigt wird. Darüber hinaus können in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung als Überbrückungsschalter Sl und S2 der Vorladungswiderstände Rl und R2 der Zerhacker Z und 5 der Fahrschalter FS eingesetzt werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. In diesem Fall unterscheiden sich der Vorgang der Vorladung und der normale Wechselrichterbetrieb ausschliesslich im zeitlichen Ablauf der Zündimpulsfolge für die verschiedenen steuerbaren Schalter und Thyristoren, so dass die Vorla-lo dung mit einem speziellen Zündimpulsprogramm ohne weitere Schaltungsänderung im Sinne der Erfindung optimiert werden kann.

Der Zerhacker ist üblicherweise zur Erreichung genügend hoher Schaltfrequenzen als elektronische, mit Thyristoren be-i5 stückte Chopperschaltung ausgeführt, wie sie z.B. aus der Schweizer Firmenzeitschrift: Brown Boveri Mitteilungen, Bd. 57 (1970) H. 19, S. 419-428, bekannt ist. Besonders vorteilhaft für die Vorladung ist jedoch die Verwendung einer Chopperschaltung mit rückwärtsleitenden Thyristoren RLT1 und RLT2 20 in antiparalleler Anordnung und einem Löschkreis mit einer Umschwinginduktivität LU und einem Umschwingkondensator CU, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Da der Zerhacker Z als Überbrückungsschalter Sl zur Überbrückung des Vorladungswiderstandes Rl im ersten Schritt der Vorladung benutzt wird, 25 wird er, wie bereits beschrieben, nach dem ersten Schritt wieder geöffnet. Daher muss der Zerhacker Z zu diesem Zeitpunkt bereits seine Löschbereitschaft erreicht haben. Die Löschbereitschaft ist dann gegeben, wenn der Umschwing- oder Löschkondensator hinreichend aufgeladen ist. Dies ist in der Schaltung 30 gemäss Fig. 3 bereits hinreichend gewährleistet, wenn bei gesperrtem Hauptthyristor RLT1, d.h. offenem Zerhacker Z, die Kommutierungskondensatoren Cl, C5 und C2, C6 durch Zündung der Wechselrichterthyristoren TW1 und TW2 auf ihre Ausgangsspannung U0/2 aufgeladen werden. Zugleich mit den 35 Kommutierungskondensatoren wird nämlich auch der Umschwingkondensator CU auf U0/2 aufgeladen und kann dann, nach dem ersten Vorladungsschritt, durch Zündung des Löschthyristors RLT2 in einem Umschwingvorgang eine sogenannte «weiche» Löschung des Zerhackers hervorrufen. 40 Insgesamt lässt sich mit dem erfindungsgemässen Verfahren die Kommutierungsfähigkeit bei einem stromgeführten Wechselrichter mit Phasenfolgelöschung mit geringem Aufwand verbessern.

v

3 Blätter Zeichnungen

Claims (4)

661 820

1. Verfahren zur Vorladung von Kommutierungskondensatoren in einem Wechselrichter mit Phasenfolgelöschung, der aus einem Gleichspannungsnetz mit einem eingeprägten Strom über einen Zerhacker (Z) und einen Fahrschalter (FS) versorgt wird, bei welchem Verfahren die Kommutierungskondensatoren (Cl, ..., C6) vor Beginn des Wechselrichterbetriebs zunächst aus einer Gleichspannungsquelle (GL) mit einer Gleichspannung (U0) über Vorladungswiderstände (RI, R2, Rll, R23) und Vorladungsdioden (Dl, D2, Dil, D23) auf einen Bruchteil der Gleichspannung (U0) vorgeladen werden, dadurch gekennzeichnet, dass anschliessend in zeitlicher Abfolge ein erster und zweiter Vorladungs widerstand (RI, R2) durch einen ersten und zweiten Überbrückungsschalter (SI, S2) überbrückt und die Kommutierungskondensatoren (Cl, ..., C6) auf die volle Gleichspannung (U0) aufgeladen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Gleichspannungsquelle (GL) das Gleichspannungsnetz selbst verwendet wird.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Überbrückungsschalter (Sl, S2) der Zerhacker (Z) und der Filmstreifen (FS) verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Zerhacker (Z) eine Chopperschaltung mit rückwärtsleitenden Tyristoren (RLT1, RLT2) in antiparalleler Anordnung verwendet wird.