<Desc/Clms Page number 1>
Gleichspannungswandler
Die Erfindung bezieht sich auf Gleichspannungswandler zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung unter Verwendung steuerbarer Halbleiter-Gleichrichter, z. B. Thyristors.
Die Regelung bzw. Änderung der Ausgangs-Wechselspannung bei Gleichspannungswandlern ist mit Schwierigkeiten belastet, die daraus resultieren, dass diese Spannung sowohl von der Eingangs-Gleichspannung als auch von der Last am Wechselspannungsausgang beeinflusst wird.
Ziel der Erfindung ist, diese Schwierigkeiten weitgehend zu beseitigen, u. zw. dadurch, dass der Gleich- spannungswandler einen Wandler mit steuerbarenHalbleiter-Gleichrichtern aufweist, von dessen Ausgangswechselspannung zumindest ein Teil in die Wechselspannungsseite eines steuerbaren synchronen Wandlers eingespeist ist, dessenGleichspannungsseite mit der Gleichspannungsseite des erstgenannten Wandlers mit entgegengesetzter Polarität in Serie liegt.
Die Klemmenspannung an der Gleichspannungsseite des synchronen Wandlers kann fortlaufend gesteuert werden und dadurch wird auch die Speisespannung am Eingang des erstgenannten Wandlers und damit dessen Ausgangsspannung entsprechend geregelt.
Die aufdieSpeisespannung ausgeübte Steuerung beruht also auf einer Kompensation (oder auch Rückkopplung), die bei Regelung elektrischer Grössen an sich bekannt ist.
Diese Anordnung besitzt den bedeutenden Vorteil, dass die Energie von der Speisequelle über beide Wandler zur Last mit geringem oder keinem Energiekreislauf fliessen kann. Daraus ergibt sich eine gute Ausnutzung der Komponenten ebenso wie eine wirksame Ausnutzung der Speisequelle, wobei sich der Wirkungsgrad mit zunehmender Eingangsspannung erhöht.
Um die Erfindung besser verständlich zu machen, wird nun an Hand der Zeichnungen einausführungs- beispiel beschrieben, in denen Fig. lein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der grundsätzlichen Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung zeigt, Fig. 2 eine spezielle Ausführung des synchronen Wandlers, Fig. 3 eine geänderte Ausführung des synchronen Wandlers und Fig. 4 eine Ausführungsform der erfindunggemässen Schaltungsanordnung mit einem Sinuswellen-Wandler in Verbindung mit einem synchronen Wandler.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 besteht aus einem Wandler 1 mit steuerbaren HalbleiterGleichrichtern von der Art, wie sie z. B. unter dem Handelsnamen"Trinistor"bekannt sind.
Die Ausgangsspannung des Wandlers 1 kann verschiedene Wellenformen besitzen, als Beispiel wird jedoch ein Wandler mit sinusförmiger Ausgangsspannung beschrieben.
AuseinerGleichstromquelle IP erzeugt der Wandler 1 am Ausgang OP einen Wechselstrom, mit dem eine geeignete Last gespeist werden kann. Die Anordnung besteht weiter aus einem steuerbaren synchronen Wandler 2 mit Gleichspannungsklemmen 3,4.
Zumindest ein Teil der Wechselstromausgangsspannung des Sinuswellen-Wandlers 1 wird den Wechselspannungsklemmen 5,6 des steuerbaren synchronen Wandlers 2 zugeführt. Das kann zweck- mässigüber einen nicht dargestellten Transformator geschehen.
DieGleichspannungsklemmen 3,4 des steuerbaren Wandlers 2 liegen n. it der Gleichstromquel-
<Desc/Clms Page number 2>
le IP mitumgekehrterPolaritätinSerie. sodassdsrSinuswellen-Wandler l derartgespeistwird. dassdie
Klemmenspannungauf der Gleichspannungsseite 3, 4 des Wandlers 2 kontinuierlichgeregeltwird und infolgedessen die Spannung am Eingang des Wandlers 1 in geringerem oder grösserem Ausmass ernied- rigt wird, wodurch dessen Ausgangsspannung entsprechend gesteuert werden kann.
Es ist ersichtlich, dass auf diese Weise die Energie von der Speisequelle IP zu einer mit dem Aus- gang OP verbundenen Last sowohl über den Wandler 1 als auch über den Wandler 2 fliesst. Daraus ergibt sich eine wirklich wirksame Ausnutzung der Komponenten und die Möglichkeit eines grossen Varia- tionsbereiches der Eingangsspannung.
DerSinuswellen-Wandler 1 kannirgendeinegeeignete Form besitzen, wie erz. B. nachfolgendbe- schrieben ist. Auch der steuerbare synchrone Wandler 2 kann von jeder geeigneten Form sein, z. B. eine Vollweggleichrichteranordnung, bei der beide Zweige steuerbare Gleichrichter enthalten.
Fig. 2 zeigt eine typische Anordnung mit zwei steuerbaren Halbleiter-Gleichrichtern SCR 1 und SCR 2, die zwischen die Enden einer Sekundärwicklung eines Transformators T, dessen Primärwick- lung mit dem Wechselstromausgang des Wandlers 1 in Verbindung steht, und die negative Gleichspan- nungsklemme 4 des Wandlers 2 geschaltet sind. Eine Mittelanzapfung der Sekundärwicklung ist mit der positiven Gleichspannungsklemme 3 des Wandlers 2 verbunden. Vom Wandler 1 her wird eine Wechselspannung an den Transformator T gelegt und die in der Sekundärwicklung induzierte Span- nung den steuerbaren Gleichrichtern SCR l und SCR 2 zugeführt. Diese Gleichrichter werden in an sich bekannterweise durch Anlegen geeigneter Steuerimpulse leitend gemacht.
Bei entsprechender Phasenla- ge dieser Steuerimpulse wird die an den Gleichspannungsklemmen 3,4 auftretende Klemmenspannung des synchronen Wandlers 2 fortlaufend z. B. von Null bis zu einem maximalen negativen Wert gesteuert, d. h. die Klemme 4 wird in bezug auf die Klemme 3 negativ gemacht, vorausgesetzt, dass ein ununterbrochener Strom fliesst.
Es ist zu beachten, dass die Spannung an den Klemmen 3,4 eine beachtliche Welligkeitskompo- nentebesitztunddassesnotwendigist, diese Spannung zu sieben, um eine im wesentlichen welligkeitsfreie Spannung an den Eingangsklemmen des Sinuswellen-Wandlers 1 zu erhalten.
Es ist auch oft notwendig, zwischen der Speisequelle IP und dem Sinuswellen-Wandler 1 ein Filter vorzusehen, um zu verhindern, dass eine unerwünschte Welligkeitskomponente von der Speisequelle her eingeschleppt wird.
Zurückkehrend zu Fig. l ist zu sehen, dass dies zweckmässiger Weise durch ein einziges Filter bewirkt werden kann, welches durch die Induktivität L und den Kondensator C gegeben und der Speisequelle IP sowie dem synchronen Wandler 2 gemeinsam ist. Selbstverständlich kann der Wandler 2 erforderlichenfalls mit einem eigenen Filter versehen sein.
Im allgemeinen führt der Wandler 2 dem Ausgang einen Strom zu, dessen Phase durch die Phase der an die steuerbaren Halbleiter-Gleichrichter SCR l und SCR 2 angelegten Steuerimpulse bestimmt ist. Wenn die Gleichrichter bei 900 der SpanJ1ungswelle gesteuert werden, das ist'wenn die Klemmenspannung an den Klemmen 3,4 des synchronen Wandlers Null ist, liefert dieser einen der Ausgangsspannung um 900 voreilenden Strom und beaufschlagt den Wandler 2 mit einer äquivalenten nacheilenden Last.
Um dem zu begegnen ist es oft vorteilhaft, über die Ausgangsklemmen OP eine zusätzliche Kapazität zu legen, welche die auferlegte nacheilende Last gerade aufhebt, wenn der Wandler 2 mit einemPhasenwinkel von 90 gesteuertwird. Wenn sich der Phasenwinkel1800 nähert, wird ein Strom zu-
EMI2.1
liche Last, wobei der synchrone Wandler einen Teil der Energie liefert.
Wahlweise kann eine abgeänderte Ausführung des steuerbaren synchronen Wandlers verwendet werden, ähnlich wie sie an Hand der Fig. 2 beschrieben wurde, jedoch mit einem zusätzlichen steuerbaren Gleichrichter über den Gleichspannungsklemmen 3,4.
Die Fig. 3 stellt eine solche Anordnung dar, bei der ein zusätzlicher steuerbarer Halbleiter-Gleichrichter SCR 3 vorgesehen ist.
Bei der Anordnung nach Fig. 3 werden den steuerbaren Gleichrichtern SCR 1 und SCR 2 Steuerimpulse mit feststehender Phase in der Nähe von 1800 der Ausgangsspannung zugeführt, wobei die Klemmenspannung an den Gleichspannungsklemmen 3,4 durch Regelung der Phase des'dem steuerbaren Gleichrichter ScR 3 zugeführtenSteuerimpulses innerhalb eines Bereiches von 1800 gesteuert wird.
WenndieKlemmenspannung an den Klemmen 3, 4 des Wandlers 2 Null ist, sind die Klemmen jeweils durch den steuerbaren Gleichrichter SCR 3 kurzgeschlossen, so dass der synchrone Wandler 2 für den Sinuswellen-Wandler 1 keine wirksame Last darstellt.
<Desc/Clms Page number 3>
Die Ausführungsform des in Fig. 3 gezeigten synchronen Wandlers besitzt den Vorteil, dass er an den Gleichspannungsklemmen 3, 4 eine geringere Welligkeitskomponente erzeugt als der an Hand der Fig. 2 beschriebene Wandler, so dass die Grösse des Eingangsfilters L, C (Fig. 1) entsprechend geringer sein kann.
Die Fig. 4 zeigt das Grundprinzip einer Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung mit einem Sinuswellen-Wandler, der mit einem steuerbaren synchronen Wandler in der eben mit Bezug auf die Fig. 3 beschriebenen Art verbunden ist.
EMI3.1
Kondensator C 1 und den Ausgang OP angeschlossen, der eine Last speist, wobei die Impedanz des
Kondensators C 1 geringer als die der Last ist.
Ein Teil der A usgangswechselspannung des Wandlers l, die an der Tranformatorwic klung T auf- tritt, wird in die Wechselspannungsklemmen 5,6 des steuerbaren synchronen Wandlers 2 gespeist, dessen Gleichspannungsklemmen 3,4 mit umgekehrcer Polarität in Serie mit der Gleichspannungs- quelle IP an dem Wandler 1 liegen. Gewöhnliche Siebelemente in Form einer Induktivität L und eines Kondensators C für den Eingang des Wandlers 1 und die an den Klemmen 3,4 des Wand- lers 2 auftretende Gleichspannung sind vorgesehen.
Im Betrieb wird die Klemmenspannung an den Gleichspannungsklemmen 3,4 des steuerbaren
Wandlers 2 durch geeignete Steuerung der steuerbaren Gleichrichter geregelt, wodurch die Speisespan- nung für den Wandler 1 und damit die Ausgangsspannung bei OP entsprechend gesteuert wird. Eine solche Massnahme ist z. B. in Fällen notwendig, wo die Stabilisierung der Ausgangsspannung bei OP ge- gen Schwankungen der Eingangsspannung bei IP gefordert wird.
Vorteile der Erfindung zeigen sich bei der Überlegung, dass mit einer Anordnung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, die erforderliche Leistung des Sinuswellen-Wandlers l nur der Leistung an der Last ent- sprechen braucht, während die erforderliche Leistung des synchronen Wandlers 2 um ein geringes höher als die halbe Leistung an der Last sein muss.
Die Erfindung bleibt nicht auf die speziellen beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind Abänderungen möglich. So kann der synchrone Wandler bei einem feststehenden Phasenwinkel betrieben werden oder innerhalb eines eingeschränkten Bereiches des Steuerwinkels rund um 1800 und zur Erhöhung der Ausgangsleitung des Sinuswellen-Wandlers benutzt werden. Obwohl sich daraus ein erhöhter Anteil an harmonischen Oberwellen in der Ausgangsspannung ergeben würde, kann dies in einigen Fällen nützlich sein, wo ein grösserer Oberwellengehalt als bei einem gewöhnlichen Sinuswellen-Wandler annehmbar ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gleichspannungswandler, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Wandler mit steuerba- ren Halbleiter-Gleichrichtern aufweist, von dessen Ausgangswechselspannung zumindest ein Teil in die Wechselspannungsseite eines steuerbaren synchronen Wandlers eingespeist ist, dessen Gleichspannungsseite mit der Gleichspannungsspeisung des erstgenannten Wandlers mit entgegengesetzter Polarität in Serie liegt.
2. GleichspannungswandlernachAnspruchl, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmenspannung an den Gleichspannungsklemmen des synchronen Wandlers kontinuierlich steuerbar ist und dadurch die Speisespannung, so dass die Eingangsspannung des erstgenannten Wandlers und damit seine Ausgangsspannung entsprechend steuerbar ist.