CH669695A5

CH669695A5 -

Info

Publication number: CH669695A5
Application number: CH5217/84A
Authority: CH
Inventors: Takeaki Asaeda; Toru Nakamura; Takashi Yutani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-03-29
Filing date: 1984-03-28
Publication date: 1989-03-31
Also published as: JPH0435994B2; US4639850A; DE3490150C2; DE3490150T1; WO1984004004A1; JPS59178975A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter mit selbstlöschenden Schaltelementen gemäss dem Oberbegriff des ersten Anspruches.

Derartige Wechselrichter sind bereits bekannt und werden nachfolgend mit Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 detailliert beschrieben. Bestehende Ausführungen sind aber mit dem Nachteil behaftet, dass der Kondensator durch einen Widerstand entladen wird. Infolgedessen ist die Einschaltdauer relativ lang oder das Verhältnis di/dt des Vollsteuergatter-Thyristors (GTO) relativ gross. Da die entladene Energie vom Widerstand aufgenommen wird, besteht ein Nachteil darin, dass die Leistungsfähigkeit bei der Umwandlung unvorteilhaft ist.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen Wechselrichter zu schaffen, der die Nachteile bestehender Ausführungen nicht aufweist.

Dies wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Massnahmen erreicht. Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 beschrieben.

Bei dem Wechselrichter gemäss der vorliegenden Erfindung wird die Einschaltdauer oder das Verhältnis di/dt des Vollsteuergatter-Thyristors, verglichen mit der bestehenden Ausführung, stark reduziert, was mit einer erheblichen Verbesserung der Leistungsfähigkeit bei der Umwandlung verbunden ist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des erfindungs-gemässen Wechselrichters anhand der Zeichnung und im Vergleich zu bestehenden Ausführungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Stromkreis einer halben Brücke eines herkömmlichen Wechselrichters;

Fig. 2 eine Betriebswellenform des Wechselrichters nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Stromkreis eines Wechselrichters gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 Betriebswellenformen von jedem Abschnitt der Ausführung nach Fig. 3;

Fig. 5 einen Stromkreis eines Wechselrichters gemäss einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6 Betriebswellenformen von jedem Abschnitt der Ausführung nach Fig. 5.

In Fig. 1 ist ein Stromkreis eines herkömmlichen Wechselrichters der selbstlöschenden Art mit halber Brücke und positiver P und negativer Elektrode N einer Gleichspannungs-Sam-melschiene sowie Vollsteuergatter-Thyristoren (GTO) 1U und IX dargestellt, die jeweils alternativ Torsignäle zum Ein- und Ausschalten empfangen. Zwei Drosseln 2U und 2X sind zwischen den beiden Thyristoren 1U und IX seriegeschaltet. Eine Diode 3U ist mit einem Serienstromkreis des Thyristors 1U und den Drosseln 2U und 2X parallelgeschaltet, und eine Diode 3X ist mit einem Serienstromkreis aus dem Thyristor IX und den Drosseln 2U und 2X parallelgeschaltet. Die Thyristoren sind jeweils mit einem Dämpfungsglied 4U und 4X ausgestattet, von denen das eine, 4U, aus einem Kondensator 41U, einer Diode 42U und einem Widerstand 43U besteht, welches mit dem Thyristor 1U parallelgeschaltet ist, während das andere, 4X, aus einem Kondensator 41X, einer Diode 42X und einem Widerstand 43X besteht, und mit dem Thyristor IX parallelgeschaltet ist. Eine Wechselstromklemme U ist mit dem Verbindungspunkt der Drosseln 2U und 2X verbunden.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Wechselrichter-Stromkreises der bestehenden Art wird auf Fig. 2 Bezug genommen. Während der Zeit Tu ist der Thyristor 1U eingeschaltet und während der Zeit Tx der Thyristor IX. Ein Laststrom Iw fliesst zu einer Last, die in diesem Falle eine eine Verzögerung bewirkende Last ist. Die Ströme Iu und Ix fliessen zu den Thyristoren 1U und IX, während die Ströme lud und Ixd jeweils zu den Dioden 3U und 3X fliessen, wobei an den Kondensatoren 41U und 41X jeweils die Spannungen Vue und Vxc vorhanden sind.

Es wird nun angenommen, dass der Thyristor 1U unmittelbar vor einem Zeitpunkt tl eingeschaltet, und ein Laststrom Iw einer nicht gezeigten Last durch den Reaktor 2U und die Ausgangsklemme U zugeführt wird. Wenn dann der Thyristor 1U zu einem Zeitpunkt tl ausgeschaltet wird, fliesst der Strom Iu des Thyristors IU zum Dämpfungsglied 4U. Beim Laden des Kondensators 41U wird die Diode 3X eingeschaltet, wobei ein Laststrom Iw sie durchfliesst. Unmittelbar nach dem Zeitpunkt tl wird dem Thyristor IX ein Einschaltsignal zugeführt, so dass die im Kondensator 41X gespeicherte Ladung durch den Widerstand 43X entladen wird. Wenn die Polarität des Laststromes zu einem Zeitpunkt t2 nach der abgeschlossenen Entladung umgekehrt wird, sperrt die Diode 3X den Laststrom Iw, so dass dieser durch den Thyristor IX fliessen kann. Infolgedessen entsteht eine Wechselspannung an der Ausgangsklemme U.

Weil die Ladung des Kondensators bei der herkömmlichen Ausführung durch den Widerstand entladen wird, ist das Verhältnis di/dt des Thyristors unerwünscht hoch, und da die Ladeenergie vom Widerstand aufgenommen wird, ist die Leistungsfähigkeit bei der Umformung unvorteilhaft niedrig.

Die Ausführung gemäss der vorliegenden Erfindung nach Fig. 3 enthält ein Dämpfungsglied 6U mit einem Kondensator 61U und eine mit ihm serieverbundene Diode 62U, die mit dem Thyristor IU parallelgeschaltet sind. Ein Dämpfungsglied 6X

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umfasst einen Kondensator 61X und eine mit ihm serieverbundene Diode 62X, die beide mit dem Thyristor IX parallelverbunden sind. Die Anodenseite der Diode 62U des Dämpfungsgliedes und die Kathodenseite der Diode 62X des Dämpfungsgliedes 6X sind durch einen Diodenstromkreis 7 verbunden, der an der Kathodenseite gegen die Anodenseite der Diode 62U eingesetzt ist. Ein Stromwandler 8 ist im Stromkreis der Diode 7 eingesetzt, während der Wandlerstrom durch eine Diode 9 zwischen einer positiven P und einer negativen N Elektrode fliesst, so dass eine Rückkopplung zu einer Leistungsquelle stattfindet. Der restliche Teil des Gerätes entspricht der Ausführung nach Fig. 1 und hat die gleichen Überweisungsziffern, wie diese. Der Betrieb dieses Stromkreises wird mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben, in dem ein Strom Id durch den Diodenkreis 7 und den Rückkopplungskreis für die Leistungsquelle fliesst.

Wenn der bis jetzt eingeschaltet gewesene Thyristor IU zu einem Zeitpunkt tl ausgeschaltet wird, wird ein durch den Thyristor IU fliessender Strom auf das Dämpfungsglied 6U umgeleitet und der Kondensator 61U geladen. In diesem Zustand wird die Ladung des Kondensators 61X des Dämpfungsgliedes 6X zu einer Last durch den Diodenkreis 7, den Stromwandler 8, die Diode 62U, den Reaktor 2U und die Ausgangsklemme entladen.

Wenn der Thyristor IX unmittelbar nach dem Zeitpunkt tl eingeschaltet wird, wird die Ladung des Kondensators 61X durch den Diodenstromkreis 7, den Stromwandler 8, die Diode 62U, den Reaktor 2U, den Reaktor 2X und den Thyristor IX entladen. Der Laststrom Iw fliesst durch die Diode 3X, den Reaktor 2U und die Ausgangsklemme U, wenn die Entladung des Kondensators 61U beendet ist, jedoch nicht zum Thyristor IX. Wenn die Polarität zum Zeitpunkt t2 umgekehrt ist, fliesst der Strom durch den Reaktor und den Thyristor IX.

Insbesondere wenn einer der Thyristoren IU oder IX eingeschaltet ist, wird ein Entladungsstromkreis einschliesslich der Drosseln 2U und 2X geschlossen, während ein Entladungsstrom vom Kondensator durch den Entladungsstromkreis fliesst. Infolgedessen wird die Einschaltdauer di/dt des Thyristors reduziert. Wenn der entgegengesetzte Thyristor ausgeschaltet wird, fliesst die Ladung des Kondensators zur Last durch einen der Diodenkreise 7, die Diode und den Reaktor des Dämpfungsgliedes des entgegengesetzten Thyristors. Falls es eine Periode gibt, während welcher die beiden in einem Intervall zwischen den Einschaltperioden des Thyristors IU und IX gleichzeitig ausgeschaltet sind, wird die Leistungsfähigkeit bei der Umwandlung hoch. Da diejenige Energie, welche mit dem Entladestrom von der Sekundärseite des Stromwandlers 8 durch die Diode 9 zur Seite der Gleichspannungs-Leistungsquelle fliesst und geladen wird, wird diese Quelle in einem Zustand der Entladung des Kondensators zurückgeführt, wodurch die Leistungsfähigkeit bei der Leistungsumwandlung weiter erhöht wird.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, die insofern von der Ausführung nach Fig. 3 abweicht, dass die Dioden 3U und 3X jeweils antiparallel zu den Thyristoren IU und IX angeschlossen sind. Aus Fig. 6 geht hervor, dass sogar in dieser Ausführungsform der Kondensator 61U geladen wird, wenn z.B. der Thyristor IU ausgeschaltet wird. Dabei fliesst die Ladung des Kondensators 61X

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durch den Diodenkreis 7, die Diode 62U und den Reaktor 2U zu einer nicht gezeigten Last. Wenn der Kondensator 6IU seine Aufladung und der Kondensator 61X seine Entladung beendet, fliesst der Laststrom in einem Kreis bestehend aus der Diode 3X, der Diode 62X, dem Diodenkreis 7, dem Wandler 8, der Diode 62U, dem Reaktor 2U und der Ausgangsklemme U. Wenn die Polarität des Laststromes zu einem Zeitpunkt t2 umgekehrt wird, fliesst der Strom durch einen Stromkreis aus der Ausgangsklemme U, dem Reaktor 2X und dem Thyristor IX.

Auch wenn der Thyristor IX unmittelbar nach dem Zeitpunkt tl ausgeschaltet wird, fliesst der Entladestrom des Kondensators 61X im obengenannten Betrieb in einen Stromkreis aus dem Diodenkreis 7, dem Stromwandler 8, der Diode 62U, den Drosseln 2U und 2X und dem Thyristor IX. Infolgedessen wird die Einschaltdauer di/dt des Thyristors IX reduziert. Falls die Gattersignale der beiden Thyristoren IU und IX erzeugt werden, um eine Periode zu bilden, in der die beiden Thyristoren IU und IX gleichzeitig ausgeschaltet werden, erfolgt das Entladen des Kondensators zur Last und Seite der Gleichspannungsquelle. Somit wird die Leistungsfähigkeit des Umwandlungsgerätes verbessert.

Obschon es in den beiden obengenannten Ausführungsbeispielen nicht gezeigt ist, wird vorzugsweise ein Überspannungs-Begrenzungselement, z.B. ein Kondensator, ein Widerstand oder eine Konstantspannungs-Diode auf der Primär- oder Sekundärseite des Stromwandlers 8 eingesetzt, um eine von den Variationen im magnetischen Fluss, nach dem der Stromfluss zum Stromwandler 8 auf Null abgesunken ist, abhängige Überspannung zu begrenzen.

Die Aufladungsenergie des Kondensators, die durch den Stromwandler 8 erzeugt wird, kann ferner einer anderen Gleichspannungsquelle zugeführt werden.

Beim vorangehend erläuterten Ausführungsbeispiel wurde von einer halben Brücke ausgegangen. Die gleichen Resultate sind aber auch dann erreichbar, wenn ein mehrphasiges Umwandlungsgerät verwendet wird, wobei eine Anzahl der gleichen Ausführung zwischen Gleichspannungs-Sammelschienen angeschlossen wird.

Ein beliebiges, selbstlöschendes Schaltelement kann verwendet werden, sofern es eine selbstlöschende Fähigkeit aufweist, wie dies z.B. bei einem Tansistor der Fall ist.

Wie bereits erwähnt, werden die Widerstände der Dämpfungsvorrichtung sowohl am positiven als auch am negativen Dämpfungsglied entfernt, während die Kondensatorseiten der Dioden der beiden Dämpfungsglieder durch die Diodenstromkreise verbunden werden. Dadurch werden die Kondensatoren durch die Drosseln zwischen dem positiven und dem negativen Dämpfungsglied entladen, und somit die Einschaltdauer di/dt der Thyristoren, verglichen mit der bestehenden Ausführung, reduziert. Nicht nur weil die Widerstände von den Dämpfungsgliedern entfernt werden, sondern auch weil die zu den Diodenstromkreisen fliessenden Ströme durch die Stromwandler zur Gleichspannungsquellenseite umgewandelt werden, kann die Leistungsfähigkeit bei der Umwandlung im Vergleich zur bestehenden Ausführung stark verbessert werden.

Industriell kann die vorliegende Erfindung zur Umwandlung von Gleich- in Wechselspannung verwendet werden.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Wechselrichter zur Umwandlung einer Gleichspannung zwischen den zwei Elektroden eines Sammelschienenpaares in eine Wechselspannung über ein Drosselpaar, dadurch gekennzeichnet, dass er selbstlöschende Schaltelemente (1U, IX) aufweist, die zwischen den Elektroden (P, N) serieverbunden sind, dass jeweils Dämpfungsglieder (6U, 6X) mit den Schaltelementen (1U, IX) parallelverbunden sind, wobei jedes Dämpfungsglied (6U, 6X) jeweils einen Kondensator (61U, 61X), der an einer der Elektroden (P, N) angeschlossen ist, sowie eine Diode (62U, 62X) aufweist, die jeweils mit einem der Kondensatoren (61U, 61X) serieverbunden ist, dass ein Kondensator-Entla-dungskreis mit einer Diode (3U, 3X) vorhanden ist, die über die Dioden der Dämpfungsglieder (6U, 6X) angeschlossen ist und einen Strompfad für die Entladung dieser Dämpfungsglieder (6U, 6X) bildet, dass ein Leistungsquellen-Rückkopplungskreis zur Rückführung des Entladestromes von den Dämpfungsgliedern (6U, 6X) zur Leistungsquelle vorhanden ist, und dass der Rückkopplungskreis eine Diode (7) und einen Stromwandler (8) im Entladekreis aufweist und über die Elektroden (P, N) der Sammelschiene angeschlossen ist.

2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine erste, mit zwei Drosseln (2U, 2X) und einem ersten Thyristor (IX) parallelverbundene Diode (3X) aufweist, die an einem Serienstromkreis des positiven Dämpfungsgliedes (6U) und an der ersten dieser Drosseln (2U) angeschlossen ist, und dass eine zweite mit den Drosseln (2U, 2X) und einem zweiten Thyristor (1U) parallelverbundene Diode (3U) an einem Serienstromkreis des negativen Dämpfungsgliedes (6X) und der zweiten Drossel (2X) angeschlossen ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine erste Diode (3X) aufweist, die parallel zu einem der selbstlöschenden Schaltelemente (IX) geschaltet ist, und eine zweite Diode (3U), die parallel zu einem zweiten der selbstlöschenden Schaltelemente (1U) geschaltet ist.

4. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Überspannungs-Begrenzungselement ein-schliesst, das primär- und sekundärseitig am Stromwandler eingesetzt ist.