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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen Wechselrichter mit zünd- und löschbaren Ventilzweigen und mit Kommutierungseinrichtungen, die zwei Energiespeicher (Kommutierungskondensatoren bzw. Kommutierungsinduktivitäten) und an diese angeschlossene gesteuerte weitere Ventile, insbesondere Hilfsventile, und vor Betriebsaufnahme und im Betrieb wirksame Lade- und Entladekreise für die Energiespeicher aufweisen, sowie mit einer Steuereinrichtung zur Erzeugung von Zündimpulsen für die gesteuerten Ventile des Wechselrichters.
Aus der DE-OS 2336429 ist ein Wechselrichter mit zwei Löschkreisen bekannt, von denen jeder zwischen dem Massepotential und einer der beiden Gleichspannungsschienen liegt. Jeder dieser Löschkreise besteht aus einer Reihenschaltung eines Kondensators und eines Schalttransistors. Jedem Kondensator ist eine Ladeeinrichtung zugeordnet, die aus einem Netztransformator und einem Gleichrichter besteht. Durch entsprechende Ansteuerung der Transistorschalter wird jeweils die Ladung eines der Kondensatoren an den Hauptventilen des Wechselrichters zum Zwecke der Kommutierung zur Wirkung gebracht.
Aus der DE-OS 2323905 ist ein dreiphasiger Brückenwechselrichter bekannt, bei dem an die Brückendiagonalen der Hauptthyristoren eine Kommutierungseinheit angeschlossen ist. Die Kommutierungseinheit enthält drei Gruppen antiparallel geschalteter Hilfsthyristoren, wobei jede Gruppe mit einer Brückenseite der Hauptthyristoren verbunden ist, ferner einen Kommutierungskondensator und eine Kommutierungsdrossel, die in ein Kettenglied hintereinander geschaltet sind, wobei ein Ende dieser Kette an den gemeinsamen Punkt der drei Hilfsthyristorgruppen angeschlossen ist. Der Kommutierungskondensator wird von einer Zusatzspannungsquelle aufgeladen.
Aus der DE-OS 2056847 ist ein Wechselrichter bekannt, der eine Hilfskommutierungseinrichtung aufweist, welche den eigentlichen Kommutierungskreis bei der Inbetriebnahme des Wechselrichters unterstützt. Dieser bekannte Wechselrichter ist für den Anschluss einer Last vorgesehen, die in Resonanz arbeitet oder einen Teil eines Resonanzkreises bildet. Bei der Inbetriebnahme eines Wechselrichters mit einer sich in Resonanz befindlichen Last besteht das Problem, dass bei der Inbetriebnahme einer solchen Anordnung eine Laststromoszillation hervorgerufen wird, wodurch die Kommutierungskondensatoren nicht ausreichend aufgeladen werden, um die Hauptventile sicher zu löschen. Die Hilfskommutierungseinrichtungen unterstützen daher bei diesem bekannten Wechselrichter den Kommutierungskreis in der Anlaufphase.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für einen Wechselrichter zu schaffen, der besonders schnell vom Stillstand auf volle Leistungsabgabe gesteuert werden kann. Ein erfindungsgemässer Wechselrichter soll insbesondere für den Einsatz bei unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlagen geeignet sein.
Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass die beiden Energiespeicher über die weiteren Ventile derart verschaltet sind, dass entweder nur ein Energiespeicher oder dass eine Zusammenschaltung beider Energiespeicher im Kommutierungskreis zur Wirkung gebracht ist, dass eine Durchschalteinheit zwischen der Steuereinrichtung und den gesteuerten Ventilen des Wechselrichters vorgesehen ist, die vor Betriebsaufnahme die Zündimpulse sperrt, und dass weiters eine Starteinrichtung vorgesehen ist, die bei einem Startbefehl die Zündimpulssperre aufhebt und die Zündimpulse für die weiteren Ventile derart beeinflusst, dass bei der ersten Kommutierung nur ein Energiespeicher und von der nächstfolgenden Kommutierung an eine Zusammenschaltung beider Energiespeicher in den Kommutierungseinrichtungen zur Wirkung gebracht ist.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ermöglicht eine besonders schnelle Inbetriebnahme eines Wechselrichters. Bereits vor Betriebsaufnahme arbeitet die Steuereinrichtung und ist gegebenenfalls bereits mit einem Netz synchronisiert. Die Weitergabe der von der Steuereinrichtung erzeugten Zündimpulse an die gesteuerten Ventile im Leistungsteil des Wechselrichters wird jedoch gesperrt. Vor Betriebsaufnahme werden die beiden Energiespeicher in den Kommutierungseinrichtungen mit entgegengesetzter Polarität aufgeladen. Bei einem Startbefehl werden die Zündimpulse der Steuereinrichtung über die Durchschalteinheit nach einem Impulsprogramm freigegeben, wobei unverzüglich diejenigen Hauptventile gezündet werden, die der im Startaugenblick geforderten Polarität der Ausgangsspannung des Wechselrichters zugeordnet sind.
Die Starteinrichtung schaltet bei der ersten Kommutierung eines Hauptventils denjenigen Energiespeicher auf die zugehörige Kommutierungseinrichtung, dessen Vorladung die zur Löschung dieses Hauptventils richtige Polarität aufweist. Von der nächstfolgenden Kommutierung an
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werden die beiden Energiespeicher in den Kommutierungseinrichtungen zumindest während der Kommutierungsvorgänge jeweils zusammengeschaltet.
Der Leistungsteil eines erfindungsgemässen Wechselrichters ist vor Betriebsaufnahme stillgesetzt. Es läuft lediglich die gegebenenfalls mit einem Netz synchronisierte Steuereinheit mit dem Steuersatz und der Regeleinrichtung. Es kann eine Spannungsregelung oder eine Lastregelung vorgesehen sein. Die Weitergabe der Zündimpulse der Steuereinheit ist jedoch gesperrt. Durch den ständigen Betrieb der Steuereinheit entstehen nur geringe Betriebskosten. Dagegen fallen Verluste und Geräusche im Leistungsteil des Wechselrichters, insbesondere durch Transformatoren und Drosseln, vor Betriebsaufnahme nicht an.
Bei einem Startbefehl kann der Leistungsteil des Wechselrichters unverzüglich durch Freigabe der Zündimpulse phasenrichtig in Betrieb genommen werden, da die beiden Energiespeicher in den jeweiligen Kommutierungseinrichtungen bereits vorgeladen sind u. zw. auf jede der beiden möglichen Polaritäten. Die Polaritäten der Ausgangsspannung des Wechselrichters sind den einzelnen Ventilzweigen fest zugeordnet. Die erforderliche Polarität der Ausgangsspannung des Wechselrichters im Augenblick der Inbetriebnahme erfordert somit, dass die ihr zugeordneten Ventilzweige gezündet werden. Beim erfindungsgemässen Wechselrichter ist dies unverzüglich möglich, da die diesen Ventilzweigen zugeordneten Kommutierungseinrichtungen über einen der beiden Energiespeicher mit der richtigen Polarität vorgeladen sind.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei Verwendung von Kondensatoren als Energiespeicher diese bei der ersten Kommutierung einzeln und von der nächstfolgenden Kommutierung an parallelgeschaltet zur Wirkung gebracht sind. Dies ist insbesondere bei Wechselrichtern für grössere Leistungen vorteilhaft, bei denen bereits aus Herstellungsgründen jeder Kommutierungskondensator aus mehreren parallelgeschalteten Teilkondensatoren aufgebaut ist. Bei dieser Weiterbildung der Erfindung entfällt jeglicher Mehraufwand für die Kondensatoren.
Bei Verwendung von Kondensatoren als Energiespeicher ist es weiterhin vorteilhaft, wenn diese in vor Betriebsaufnahme beaufschlagte Ladekreise mit einer Ladespannung verschaltet sind, die über der betriebsmässig auftretenden Kommutierungsspannung liegt. Bereits bei der ersten Kommutierung steht dann eine ausreichende Energie zur Löschung des vollen Ventilstromes zur Verfügung.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich auf einen Wechselrichter, dessen Brückenzweige parallelgeschaltete gesteuerte Hauptventile enthalten. Bei einem derartigen Wechselrichter ist vorteilhaft, wenn die weiteren Ventile jeweils durch eines der parallelgeschalteten Hauptventile gebildet sind, wobei der eine Energiespeicher mit je einem der Ventile zweier Ventilzweige und der andere Energiespeicher mit den andern Ventilen dieser Ventilzweige verschaltet ist. Hiedurch entfällt jeglicher Mehraufwand an gesteuerten Ventilen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Einrichtung zur Erfassung der zeitlichen Aufeinanderfolge der Kommutierungen und eine Sperreinrichtung vorgesehen sind, wobei die Sperreinrichtung gegenüber unter einem vorgegebenen Zeitabstand liegenden Werten selektiv ist. Hiedurch können unzulässig dichte Kommutierungen vermieden werden, die zu einem Kommutierungskurzschluss führen könnten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer in den Unteransprüchen näher gekennzeichneten Ausgestaltungen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 eine Wechselrichterschaltung mit paarweise angeordneten Kommutierungskondensatoren als Energiespeicher in den Kommutierungseinrichtungen und Ladeeinrichtungen, Fig. 2 ein Impulsprogramm für den Normalbetrieb des Wechselrichters nach Fig. 1 mit den Zündimpulsen für die gesteuerten Ventile, den Spannungsverläufen an beiden Kommutierungskondensatoren und den zeitlichen Verläufen der Wechsel- richter-PhasenspaDnungen, Fig. 3 ein Impulsprogramm für einen Start mit dem Kommutierungskondensator Cl, Fig. 4 ein Impulsprogramm für einen Start mit dem Kommutierungskondensator C2, Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Starteinheit, Fig.
6 ein Ausführungsbeispiel einer Freigabeeinheit, Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel einer Freigabesperre mit einem zugehörigen Impulsprogramm, Fig. 8 die Anordnung einer erfindungsgemässen Wechselrichterschaltung in einer Einrichtung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung, Fig. 9 bis 16 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Wechselrichters mit Impulsprogrammen und Schaltungsanordnungen für verschiedene Startabläufe. Fig. 1 zeigt eine Wechselrichterschaltung, deren Prinzip beispielsweise bekannt ist aus Heumann/Stumpe"Thyristoren", 3.
Auflage 1974, S. 185 bis 187. Bei der dort beschriebenen Schaltungsanordnung können die Brückenzweige
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des Wechselrichters von einem einzigen Löschkondensator gelöscht werden. Dieses Löschverfahren mit einem gemeinsamen Löschkondensator wird als Summenlöschung bezeichnet.
Die Hauptventile des Wechselrichters sind mit-nl bis n6-- und die ihnen antiparallelgeschalteten Rück-Stromdioden mit --d1 bis d6-- bezeichnet. Die Kommutierungseinrichtungen enthalten die
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Im Gegensatz zu bekannten Wechselrichterschaltungen mit Summenlöschung, die nur einen einzigen Kommutierungskondensator aufweisen, sind erfindungsgemäss zwei Kommutierungskondensatoren-Cl, C2-- mit zugehörigen Ladeeinrichtungen vorgesehen. Die Ladeeinrichtung für den Kommutierungskondensator --C1-- enthält einen an eine Wechselspannungsquelle angeschlossenen Übertrager eine Diode --dll-- als Gleichrichter, einen Widerstand ur1-- und einen Schalter--S1--.
Diese Ladeeinrichtung lädt in der Bereitschaftsstellung den Kommutierungskondensator --Cl-- auf eine Spannung mit der angegebenen Polarität auf, deren Spannungswert höher ist als die im Leistungsbetrieb auftretende Kommutierungsspannung. Die Ladeeinrichtung für den Kommutierungskondensator --C2-- ist analog aufgebaut und enthält einen Übertrager uÜ2--, eine Diode --d12--, einen Widerstand-r2-- und einen Schalter --S2--. Wenn die Widerstände --r1 bzw. r2-entsprechend gross gewählt werden, kann auf die Schalter uS1 bzw. S2-- verzichtet werden. Die beiden Kommutierungskondensatoren liegen dann auch im Leistungsbetrieb an den Ladeeinrichtungen.
Im folgenden wird jedoch zur besseren Erläuterung der erfindungsgemässen Grundlagen ein Betrieb der Ladeeinrichtungen über Schalter beschrieben, die bei einem Startbefehl geöffnet werden.
Die Kommutierungskondensatoren-Cl und C2-- weisen jeweils nur die Hälfte der Kapazität auf, die bei einer Summenlöschung mit einem einzigen Kommutierungskondensator erforderlich wäre. Der zusätzliche Schaltungsaufwand, der dadurch entsteht, dass an Stelle eines einzigen Kommutierungskondensators deren zwei vorgesehen werden müssen, ist daher vertretbar. Die Kapazität der Kommutierungskondensatoren bestimmt sich aus der Nennleistung des Wechselrichters und aus den Stromstärken der Ventilströme.
In der Schaltungsanordnung der Fig. 1 sind weiterhin gesteuerte Hilfsventile --nll bis n14-vorgesehen. Durch geeignete Steuerung dieser Hilfsventile kann bei der ersten Kommutierung einer der beiden Kommutierungskondensatoren-Cl bzw. C2-- auf das zu löschende Hauptventil geschaltet werden. Bei den folgenden Kommutierungen können die beiden Kommutierungskondensatoren durch entsprechende Ansteuerung der Hilfsventile parallel betrieben werden.
Die Erfindung ist bei einem Wechselrichter mit Summenlöschung in besonders einfacher Weise schaltungstechnisch zu realisieren. Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen Wechselrichter mit Summenlöschung beschränkt, sondern kann beispielsweise auch bei Wechselrichtern mit Phasenfolgelöschung oder Einzellöschung angewendet werden.
In Fig. 2 ist ein Impulsprogramm für den Normalbetrieb dargestellt, das die Zündimpulse für die
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Zündimpulse für die gesteuerten Hilfs-Ventile --nll bis n14u enthält. Man erkennt, dass die Löschventile jeweils im Anschluss an die Stromführungsdauer der zugehörigen Hauptventile gezündet werden. Die
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identischen Verlauf auf.
Die Phasenspannungen UR, Us und UT des Wechselrichters zeigen den bekannten Verlauf.
Fig. 3 zeigt ein gleichartig aufgebautes Impulsprogramm für einen phasenrichtigen Schnellstart des Wechselrichters in dem mit einem durchgehenden senkrechten Strich gekennzeichneten Zeitpunkt. Es sei vorausgesetzt, dass die Steuereinrichtung des Wechselrichters mit einem Drehstromnetz synchronisiert ist, auf das der Wechselrichter bei einem Netzausfall unverzögert aufgeschaltet werden soll. Es sei hiezu bei-
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Im Startaugenblick werden die Zündimpulse der mit dem Drehstromnetz synchronisierten Steuereinrichtung an sämtliche Ventile freigegeben mit Ausnahme des Ventils --n13--. Es werden somit die Hauptventile-nl, n3 und n6-- gezündet. Der erste Kommutierungsvorgang erfolgt am Hauptventil-nldurch Zündung des zugeordneten Löschventils --n21--. Gleichzeitig wird auch das Hilfs-Ventil --nll-gezündet. Damit ist bei der ersten Kommutierung der Kommutierungskondensator --C1-- wirksam. Bei allen folgenden Kommutierungsvorgängen werden dann die Hilfs-Ventile --nll und n13 bzw. n12 und n14-gemeinsam gezündet. Folglich arbeiten die Kommutierungskondensatoren --Cl und C2-- während der Kommutierungsvorgänge parallel.
In Fig. 4 ist in ähnlicher Weise ein Startvorgang dargestellt, bei dem die Phasenspannungen UR und UT im Startaugenblick eine negative Polarität aufweisen sollen, während die Phasenspannung US positiv sein soll. Die erste Kommutierung für das Hauptventil --n6-- erfolgt durch Zünden des zugehörigen Löschenventils --n26-- und durch gleichzeitige Zündung des Hilfs-Ventils-nl4--. Die erste Kommutierung des Hauptventils --n6-- erfolgt somit unter Zuhilfenahme der Ladung des Kondensators --C2--.
In Fig. 5 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, die den Startablauf nach den in den Fig. 3 und 4 angegebenen Impulsprogrammen steuert.
Die Steuereinheit ist in herkömmlicher Weise aufgebaut und enthält einen Steuersatz-l-und eine vorgeschaltete Regeleinrichtung --2-- zur Spannungsregelung oder zur Lastregelung. Die Ausgangsspannung der Regeleinrichtung --2-- bestimmt den Zündwinkel der Zündimpulse des Steuersatzes. Der Steuersatz-l-ist in nicht dargestellter, bekannter Weise mit einem Wechsel- oder Drehspannungsnetz synchronisiert. Vorzugsweise sind Massnahmen getroffen, die sicherstellen, dass die Zündimpulse des Steuersatzes im Startaugenblick bereits den richtigen Zündwinkel aufweisen, der für eine sofortige volle Lastübernahme durch den Wechselrichter erforderlich ist, beispielsweise durch eine Führung der Ausgangsspannung der Regeleinrichtung --2-- im Bereitschaftsbetrieb.
Die Zündimpulse des Steuersatzes --1-- für die gesteuerten Hauptventile und die gesteuerten Löschventile in den Ventilzweigen des Wechselrichters werden über eine Durchschalteinheit --3-- geführt, deren Ausgänge mit denjenigen gesteuerten Ventilen in Wirkverbindung stehen, deren Bezugszeichen aus Fig. 1 übernommen und in Klammern angegeben sind. Die Zündimpulse an die gesteuerten Hilfs-Ventile --nll bis nl4-sind über eine Freigabeeinheit --4-- geführt. Die Durchschalteinheit --3-- und die Freigabeeinheit --4-- sind vorzugsweise vor den Leistungsstufen-lb--zur Bildung der Zündimpulse angeordnet, damit die Signalverarbeitung auf niedrigem Leistungsniveau vorgenommen werden kann.
In der Bereitschaftsstellung des Wechselrichters sind der Steuersatz-l-und die Regeleinrichtung - in Betrieb. Die Weitergabe der Zündimpulse an die gesteuerten Hauptventile-nl bis n6-- und an die gesteuerten Löschventile --n21 bis n26-- wird jedoch von der Durchschalteinheit --3-- gesperrt, während die Weitergabe der Zündimpulse an die gesteuerten Hilfs-Ventile --nll bis nl4-von der Freigabeeinheit --4-- gesperrt wird. Die Durchschalteinheit --3-- kann durch ein Signal an ihrer Eingangsklemme --3a-- freigegeben werden.
Um zu verhindern, dass die Startfreigabe in einen Kommutierungsvorgang fällt, ist eine Sperrstufe - vorgesehen. Die Sperrstufe --7-- kann entweder von den Zündimpulsen für die gesteuerten Löschventile beaufschlagt sein, oder aber von den Zündimpulsen für die gesteuerten Hilfs-Ventile-nll bis n14--, da deren Zündimpulse gleichzeitig mit den Zündimpulsen für die gesteuerten Löschventile gebildet werden.
Ein Startbefehl "START" an Klemme --8-- wird über ein Sperrgatter --5-- auf den Eingang eines Befehls-Speichers --6-- durchgeschaltet, wenn die Sperrstufe --7-- kein entsprechendes Sperrsignal erzeugt. Wenn die Sperrstufe --7-- ein Sperrsignal erzeugt, kann der Befehls-Speicher --6-- erst mit dem Verschwinden dieses Sperrsignals gesetzt werden. Das Ausgangssignal des Befehlsspeichers --6-gelangt auf den Eingang --4a-- der Freigabeeinheit --4-- und auf den Eingang --3a-- der Durchschalteeinheit --3-- und gibt die Durchschalteinheit --3-- und die Freigabeeinheit --4-- frei. Der Speicher --6-kann durch ein Rücksetzsignal an seiner weiteren Eingangsklemme --9-- wieder rückgesetzt werden, beispielsweise wenn der Wechselrichter stillgesetzt werden soll.
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Fig. 6 zeigt eine Möglichkeit einer schaltungstechnischen Realisierung einer Freigabeeinheit --4-- zur Steuerung der Zündimpulsfreigabe an die gesteuerten Hilfs-Ventile --nl1 bis n14--. Da die gesteuerten Hilfs-Ventile --nl1 und n13-- sowie --n12 und n14-- im Leistungsbetrieb jeweils gleichzeitig gezündet werden, bildet der Steuersatz jeweils nur ein Zündsignal für die Hilfs-Ventile-nll, nl3-und für die Hilfs-Ventile-nl2, nl4--. Diese Zündsignale sind der Freigabeeinheit --4-- eingangsseitig zugeführt.
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dem Setzeingang bzw. dem Rücksetzeingang eines Flip-Flops --10-- eingangsseitig zugeführt. Die Ausgangssignale des Flip-Flops --10-- weisen somit einen Verlauf auf, welcher dem Verlauf der Polarität der Kondensatorspannung entspricht.
Führt beispielsweise der obere Ausgang des Flip-Flops --10-- ein 1-Signal, so ist im Leistungsbetrieb des Wechselrichters die Kondensatorspannung an den Punkten --A und B-- (Fig. l) positiv. Führt dagegen der untere Ausgang des Flip-Flops-10-- ein 1-Signal, so ist die Kondensatorspannung an den Punkten --A und B-- negativ. Wenn das Signal am oberen Ausgang des Flip-Flops--10-- von 0-Signal auf 1-Signal wechselt, so wechselt die Kondensatorspannung von negativ auf positiv. In diesem Fall darf bei der in Fig. 1 eingetragenen Vorladung der Kondensatoren--C1 und C2-- nur das Hilfs-Ventil--n11-- gezündet werden. Dies wird durch die dem Flip-Flop --10-nachgeschaltete logische Schaltung erreicht.
Diese enthält ein weiteres Flip-Flop das vor dem Start durch ein Rücksetzsignal an seinem Rücksetz-Eingang --12-- rückgesetzt wurde. Der eingezeichnete Ausgang des Flip-Flops --11-- führt daher in der Bereitschaftsstellung ein 0-Signal.
Wenn vom Steuersatz aus ein 1-Signal als Zündimpuls für die Hilfs-Ventile --n11,n13-ausgegeben wird, so wird das Flip-Flop --10-- gesetzt. Sein oberer Ausgang führt ein 1-Signal, das über ein ODER-Glied --13-- an einen der Eingänge eines UND-Gliedes --14-- gelangt, dessen Ausgang mit der Steuerstrecke des Ventils --nl1-- in Wirkverbindung steht. Wenn ein 1-Signal als Freigabesignal an der Eingangsklemme --4a-- bereits ansteht, gelangt ein Zündimpuls an das Hilfs-Ventil --nl1--. Das Hilfs- Ventil-nl3-- erhält jedoch keinen Zündimpuls, da das Flip-Flop --11-- nicht gesetzt ist und damit auch der mittlere Ausgang des UND-Gliedes --15-- nicht mit einem 1-Signal angesteuert ist.
Der Zündimpuls an das Hilfs-Ventil --nl1-- wird auf den Impulseingang einer monostabilen Kippstufe --16-- gegeben. Mit der fallenden Flanke am Ende des Zündimpulses wird von der monostabilen Kippstufe --16-- ein Impuls abgegeben, der über ein ODER-Glied --17-- das Flip-Flop --11-- setzt. Wenn das Flip-Flop --11-- gesetzt ist, liegen die mittleren und unteren Eingänge der UND-Glieder --14 und 15-- sowie --18 und 19-- ständig auf 1-Signal. An den Ausgängen der UND-Glieder --14, 15 und 18, 19-- erscheinen die vom Steuersatz ausgegebenen Zündimpulse für die Hilfs-Ventile-nll, nl3 und n12, n14--.
Wenn sich in einem andern Startaugenblick das Flip-Flop --10-- beispielsweise gerade im rückgesetzten Zustand befindet, so wird zunächst das Hilfs-Ventil-nl4-- in analoger Weise gezündet. Am Ende des Zündimpulses für das Hilfs-Ventil-nl4-- wird über eine weitere monostabile Kippstufe --20-- und das ODER-Glied --17-- das Flip-Flop --11-- gesetzt. Anschliessend daran werden die Zündimpulse für die Hilfs-Ventile-nll, nl3 und n12, n14-- solange ungehindert durchgeschaltet, bis an Klemme --12-- ein Rücksetzsignal für das Flip-Flop --11-- erscheint.
Fig. 7a zeigt eine Möglichkeit einer schaltungstechnischen Realisierung einer Sperrstufe-7--. Die Zündimpulse für die gesteuerten Hilfs-Ventile-nll, nl3-und für die gesteuerten Hilfs-Ventile - -n12, n14-- beaufschlagen den Setzeingang und den Rücksetzeingang eines Flip-Flops --21--. Der zeitliche Verlauf der Ausgangssignale d und e des Flip-Flops --21-- sind in Fig. 7b dargestellt. Von den Ausgangssignalen d und e wird jeweils eine monostabile Kippstufe --22 bzw. 23-- angestossen, die Impulse a und b mit einer Impulslänge tv abgeben. Die Impulslänge tv ist so bemessen, dass sie kürzer ist als die Halbperiode to der Signale d und e. Die Signale a und b werden einem ODER-Glied --24-- eingangsseitig zugeführt.
Durch das ODER-Glied --24-- entsteht aus den Signalen a und b ein Signal c, das jeweils kurz vor Beginn eines jeden Kommutierungsvorganges den Signalzustand 1 aufweist, und damit in diesen Zeiträumen die Startfreigabe sperrt.
Fig. 8 zeigt als bevorzugtes Anwendungsbeispiel der Erfindung den prinzipiellen Aufbau einer unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage. Ein Verbraucher --32-- ist über ein Filter --31-- und eine Umschalteinrichtung --30-- an ein öffentliches Versorgungsnetz --27-- bzw. an den Ausgang eines Wechselrichters --25-- angeschlossen, der aus einer Batterie --26-- als Gleichspannungsquelle gespeist ist. Das Filter --31-- dämpft Verzerrungen der Netzspannung und siebt beim Leistungsbetrieb des
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Wechselrichters dessen Ausgangsspannung. Beim Umschalten vom Netzbetrieb auf den Leistungsbetrieb des Wechselrichters können die energiespeichernden Filterelemente kurzzeitig die Versorgung des Verbrauchers zumindest teilweise übernehmen.
Bei einem gegen Verzerrungen und kurzzeitige Unterbrechungen seiner
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Netzspannung des Versorgungsnetzes --27-- synchronisiert. Die Zündimpulse des Steuersatzes--1-werden über die Durchschalteinheit --3-- und die Freigabeeinheit --4-- geführt. Die Regeleinrichtung - ist als Spannungsregelung ausgebildet und ist in bekannter Weise von einem Spannungssollwert und einem Spannungsistwert eingangsseitig beaufschlagt. Der Regeleinrichtung --2-- ist vorzugsweise eine Nachführeinrichtung zugeordnet, die gewährleistet, dass die Ausgangsspannung der Regeleinrichtung bereits im Startaugenblick den richtigen Wert aufweist. Die letztgenannten Massnahmen sind in den Zeichnungen nicht dargestellt, um die Übersichtlichkeit zu wahren.
Zur Steuerung des Startvorganges ist eine Kommandostufe--33--vorgesehen, die eingangsseitig mit einem Spanungsmessfühler--29-- für die Netzspannung des Versorgungsnetzes --4-- verbunden ist. Bei einem Einbruch der Netzspannung erzeugt die Kommandostufe --33-- das Signal "START". Die Kommandostufe --33-- kann auch von andern Messwerten angesteuert werden. Das Signal "START" an Klemme --8-- setzt in der beschriebenen Weise den Speicher --6-- und gibt damit die Zündimpulse des Steuersatzes-l-an den Leistungsteil des Wechselrichters --25-- frei. Der Wechselrichter wird phasenrichtig gestartet. Bei einer Wiederkehr der Netzspannung bildet die Kommandostufe --33-- ein Rücksetzsignal an Klemme --9-- für den Speicher --6--.
Die Kommandostufe --33-- steuert ausserdem die Umschalteinrichtung --30--.
Fig. 9 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen einphasigen Wechselrichter, bei dem für jede Polarität der Ausgangsspannung Brückenzweige mit parallelgeschalteten Ventilen vorgesehen sind, um die Nennleistung zu erhöhen. Der obere Brückenzweig besteht aus der Reihenschaltung eines Hauptventils --n31-- mit einer Reihendiode --n33-- und der parallelgeschalteten Reihenschaltung eines Hauptventils --n41-- und einer Reihendiode --n43--. Der untere Brückenzweig besteht aus der Reihenschaltung eines Hauptventils --n32-- mit einer Reihendiode --n34-- und der parallelgeschalteten Reihenschaltung eines Hauptventils --n42-- mit einer Reihendiode --n44--. Die Hauptventile --n31 und n41-- sowie die Hauptventile --n32 und n42-- werden jeweils gleichzeitig und gemeinsam gezündet.
Die Hauptventile übernehmen auch die Aufgabe der Hilfsventile zur Zuschaltung der beiden Kommutierungskondensatoren --Cl1 und C12--. Hiedurch entsteht kein Mehraufwand an Ventilen.
Der dargestellte Wechselrichter enthält weiterhin in bekannter Weise die Rückstromdioden --n35 und n36--, sowie eine Kommutierungsinduktivität-L1-. Den Kommutierungskondensatoren --Cl1 und C12-sind Ladeeinrichtungen --34 und 35-- zugeordnet, die bei einem Startbefehl von einer Schalteinrichtung - abgeschaltet werden können.
Fig. 10 zeigt für den Normalbetrieb des Wechselrichters nach Fig. 9 den Verlauf seiner Ausgangsspannung Uw, sowie ein Impulsprogramm für die Zündimpulse der gesteuerten Hauptventile --n31, n41 und n32, n42--, sowie weiterhin den Verlauf der Spannungen UCl1 und U. an den Kommutierungskondensatoren --Cl1 und C12--.
Fig. 11 zeigt den Ablauf eines Startvorganges, wenn der Wechselrichter nach Fig. 9 in einer unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage gemäss Fig. 8 als Ersatzstromaggregat eingesetzt ist. Die Kommutierungskondensatoren --Cl1 und C12-- sind in der Bereitschaftsstellung mit entgegengesetzter Polarität auf eine normale Kommutierungsspannung aufgeladen. Da bei der ersten Kommutierung nach dem Start nur einer der beiden Kommutierungskondensatoren wirksam ist, ist die Kommutierungsfähigkeit des Wechselrichters bei der ersten Kommutierung vermindert. Für geeignete Anwendungsfälle kann dies zulässig sein.
Die Netzspannung UN bricht in der negativen Halbwelle zusammen. Aus dem Zusammenbruch der Netzspannung wird ein Startbefehl für den Wechselrichter abgeleitet. Zum phasenrichtigen Start des Wechselrichters muss dessen Ausgangsspannung zunächst negative Polarität aufweisen. Da der Steuersatz des Wechselrichters mit dem Netz synchronisiert ist, erzeugt der Steuersatz bereits in der Bereitschaftsstellung die richtigen Zündimpulse, die bis zum Startbefehl gesperrt sind. Mit dem Startbefehl werden die Zündimpulse freigegeben mit Ausnahme des im Startaugenblick anstehenden Zündimpulses für das Hauptventil --n31--. Die Ausgangsspannung Uw des Wechselrichters hat die geforderte negative Polarität.
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Die erste Kommutierung erfolgt mit der Ladung des Kommutierungskondensators --C12--. Danach arbeiten die beiden Kommutierungskondensatoren--C11 und C12-- parallel.
Fig. 12 zeigt in gleicher Weise den Ablauf eines Startvorganges bei einem Zusammenbruch der Netzspannung UN in der positiven Halbwelle. Beim Startbefehl werden die Zündimpulse freigegeben, mit Ausnahme des gerade anstehenden Zündimpulses für das Hauptventil --n42--. Die erste Kommutierung
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--Cl1--.satoren --Cl1 und C12-- parallel.
Fig. 13 zeigt eine Schaltungsanordnung, die den Startablauf gemäss den Fig. 11 und 12 steuert.
In der Darstellung der Fig. 13 ist der Steuersatz in einen Signalteil --la-- und Leistungsendstufen - aufgeteilt. Der Signalteil --la-- ist in bekannter Weise mit einem Wechselspannungsnetz synchronisiert. Eine vorgeschaltete Regeleinrichtung, die als Spannungsregelung oder Lastregelung ausgebildet sein kann, erzeugt die Steuerspannung für den Steuersatz. Da die parallelgeschalteten Hauptventile --n31, n41 bzw. n32, n42-- jeweils gleichzeitig und gemeinsam gezündet werden, erzeugt der Signalteil --la-- des Steuersatzes gemeinsame Zündsignale für --n31, n41 bzw. für n32, n42--. Diese Zündsignale werden in den Leistungsendstufen --lb-- verstärkt und an diejenigen Hauptventile weitergegeben, deren Bezugszeichen aus Fig. 9 in Klammern angegeben sind.
Eine Sperrstufe --39-- verhindert unzulässig rasch aufeinanderfolgende Kommutierungen unmittelbar nach dem Startaugenblick. Die Sperrstufe --39-- enthält einen Speicher --40--, dessen Eingänge über
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mit drei monostabilen Kippstufen --44, 45, 46-vorgeschaltet ist. Die erste monostabile Kippstufe --44-weist eine Impulsdauer auf, die grösser als eine Kommutierungsdauer ist und etwa den 1,5fachen Wert einer Kommutierungsdauer beträgt. Die zweite monostabile Kippstufe --45-- hat eine Impulsdauer, die wesentlich kleiner als eine Kommutierungsdauer ist, beispielsweise 1/100 einer Kommutierungsdauer. Die dritte monostabile Kippstufe --46-- hat eine Impulsdauer, die grösser als eine Kommutierungsdauer ist und beispielsweise wieder den 1, 5fachen Wert einer Kommutierungsdauer beträgt.
Die positive Flanke eines Startsignals an Klemme --8-- löst einen Impuls der monostabilen Kippstufe --44-- aus, der die Übernahme neuer Zündimpulse in den Speicher --40-- für die Impulsdauer der monostabilen Kippstufe --44-- sperrt.
Die fallende Flanke des Impulses der monostabilen Kippstufe --44-- stösst die monostabile Kippstufe - an. Für die Impulsdauer des Impulses der monostabilen Kippstufe --45-- wird die Übernahme neuer Zündimpulse in den Speicher --40n freigegeben. Die fallende Flanke des Ausgangsimpulses der monostabilen Kippstufe --45-- stösst die monostabile Kippstufe --46-- an, deren Ausgangssignal wieder die Übernahme neuer Zündimpulse in den Speicher --40-- sperrt. Nach Ablauf der Impulsdauer der monostabilen Kippstufe --46-- wird die Übernahme neuer Zündimpulse in den Speicher --40-- endgültig freigegeben. Eine derartige Sperrstufe --39n ist insbesondere bei Wechselrichtern vorteilhaft, die mit Hilfe eines Pulssteuerverfahrens gesteuert werden.
Die dargestellte Sperrstufe --39-- kann gegebenenfalls auch so vereinfacht werden, dass die monostabilen Kippstufen --45 und 46--, sowie das Verknüpfungsglied - entfallen. Es erfolgt dann lediglich eine Übernahmesperre während der Impulsdauer der monostabilen Kippstufe --44--.
In der Schaltungsanordnung nach Fig. 13 sind zwei Befehlsspeicher --47 und 48-- vorgesehen. Der Setzeingang des Befehlsspeichers --47n ist über ein Sperrgatter --51-- mit dem am oberen Ausgang des Speichers --40-- abgegriffenen Zündsignalen für die Ventile --n31, n41-- beaufschlagt. Der Setzeingang des Befehlsspeichers --48-- ist über ein Sperrgatter --50-- mit dem Startbefehl an Klemme --8-- und den Zündsignalen für die Ventile-n32, n42-- beaufschlagt. Die Befehlsspeicher --47 und 48-- können durch ein Rücksetzsignal an der weiteren Eingangsklemme --9-- wieder rückgesetzt werden, beispielsweise wenn der Wechselrichter stillgesetzt werden soll.
Bei einem Startbefehl an Klemme --8n werden die Sperrgatter-52'bis 55-vor den Endstufen - des Steuersatzes vom Ausgangssignal eines Verzögerungsgliedes --49-- mit einer sehr kleinen Verzögerungszeit freigegeben. Das Verzögerungsglied-49-- sorgt dafür, dass die Freigabe erst dann erfolgt, wenn die Befehlsspeicher --47 und 48-- gesetzt sind. Falls die Endstufen-Ib-des Steuersatzes eine ausreichende Ansprechverzögerung aufweisen, kann das Verzögerungsglied --49-- entfallen.
In der Bereitschaftsstellung sind die Sperrgatter --41 und 42-- der Sperrstufe --39-- durchlässig gesteuert. Der Speicher --40-- wird im Takt der Zündsignale für die Ventile --n31, n41 bzw. n32, n42--
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gesetzt und rückgesetzt. Die Zündsignale am Ausgang des Speichers --40-- werden von den Sperrgattern --52 bis 55-- gesperrt.
Bei einem Startablauf gemäss Fig. 11 steht im Startaugenblick ein Zündsignal für die Ventile - -n31, n41-- an. Der Speicher --40-- ist gesetzt. Der obere Ausgang des Speichers --40-- führt ein Zündsignal, des auf die oberen Eingänge der Sperrgatter--52 und 54-- gelangt. Das Sperrgatter --51-wird vom Startbefehl durchlässig gesteuert und der Befehlsspeicher --47-- wird gesetzt. Das Ausgangssignal des Befehlsspeichers --47-- steuert das Sperrgatter --54-- durchlässig. Über die dem Sperrgatter nachgeschaltete Endstufe gelangt ein Zündimpuls an das Ventil --n41--. Das Ventil --n31-- erhält zunächst keinen Zündimpuls, da der Befehlsspeicher --48-- nicht gesetzt ist.
Nach der ersten Kommutierung erscheint ein Zündsignal für die Ventile --n32, n42--. Falls die Sperrstufe --39-- die Übernahme der neuen Zündimpulse in den Speicher --40-- nicht sperrt, wird der Speicher --40-rückgesetzt. Das Sperrgatter --50-- wird vom Startbefehl durchlässig gesteuert. Der Befehlsspeicher - wird gesetzt. Das Ausgangssignal des Befehlsspeichers --48-- steuert die Sperrgatter --52 und 53-- durchlässig. Somit sind sämtliche Sperrgatter --52 bis 55-- durchlässig gesteuert. Die gesteuerten Ventile werden in der üblichen Weise mit Zündimpulsen beaufschlagt. Falls die Sperrstufe --39-- die Übernahme neuer Zündimpulse für eine gewisse Zeit verzögert, läuft der beschriebene Startvorgang in der gleichen Weise ab.
Die Sperrstufe --39-- sorgt lediglich dafür, dass zwischen dem Start und der ersten Kommutierung und gegebenenfalls der zweiten Kommutierung die zulässigen Mindestzeiten nicht unterschritten werden.
Bei einem Startablauf gemäss Fig. 12 stehen im Startaugenblick am Ausgang des Speichers --40-- die Zündsignale für die Ventile --n32, n42-- an. Vom Startbefehl wird das Sperrgatter --50-- durchlässig gesteuert und damit der Speicher --48-- gesetzt. Das Ausgangssignal des Speichers --48-- steuert die Sperrgatter --52 und 53-- durchlässig. Über die dem Sperrgatter --53-- nachgeschaltete Leistungsstufe des Steuersatzes gelangt ein Zündimpuls an das Ventil --n32--. Das Ventil --n42-- erhält zunächst noch keinen Zündimpuls, da das Sperrgatter --55-- noch gesperrt ist.
Nach der ersten Kommutierung wird das Sperrgatter --51-- durchlässig gesteuert, der Befehlsspeicher --47-- gesetzt und mit seinem Ausgangssignal die Sperrgatter --54 und 55-- durchlässig gesteuert.
Fig. 14 zeigt einen Startablauf wie in Fig. l1 dargestellt. Die beiden Kommutierungskondensatoren - -Cl1 und C12-- sind jedoch in der Bereitschaftsstellung auf eine höhere Spannung als die im Leistungsbetrieb auftretende Kommutierungsspannung aufgeladen. Dadurch hat der Wechselrichter bereits bei der ersten Kommutierung seine volle Kommutierungsfähigkeit.
Fig. 15 zeigt einen Startablauf wie in Fig. 14 dargestellt. Es sind jedoch ebenfalls die Kommutierungs- kondensatoren --Cll und C12-- in der Bereitschaftsstellung auf eine Spannung aufgeladen, die höher ist als die im Betrieb auftretende Kommutierungsspannung.
Fig. 16 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des Startablaufs nach den Fig. 14 und 15. Der prinzipielle Aufbau dieser Schaltungsanordnung entspricht der Schaltungsanordnung nach Fig. 13. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Gegenüber der Schaltungsanordnung nach Fig. 13 bestehen Unterschiede hinsichtlich der Eingangsbeschaltung der Befehlsspeicher.
Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 16 sind Befehlsspeicher --56 und 57-- vorgesehen. Der Setzeingang des Befehlsspeichers --56-- ist über ein ODER-Glied --59-- mit dem Ausgang eines UND-Gliedes --60-- und mit dem Ausgang eines UND-Gliedes --61-- verbunden. Der Befehlsspeicher - wird gesetzt, wenn entweder mit der Flanke des Startbefehls die Zündsignale für die Ventile - -n31, n41-- anstehen oder wenn der Befehlsspeicher --57-- gesetzt ist, der Startbefehl ansteht und die ansteigende Flanke des Zündsignals für die Ventile --n31, n41-- erscheint. Dem Setzeingang des Speichers --57-- ist in analoger Weise ein ODER-Glied --58-- und zwei UND-Glieder --62 und 63-vorgeschaltet.
Der Befehlsspeicher --57-- wird gesetzt, wenn die Zündsignale für die Ventile --n32, n42-anstehen und der Startbefehl erscheint oder wenn der Speicher --56-- gesetzt ist und der Startbefehl ansteht und die ansteigende Flanke des Zündsignals für die Ventile --n32, n42-- erscheint. Die Befehlsspeicher --56 und 57-- können durch einen Haltbefehl an der weiteren Eingangsklemme --9-wieder rückgesetzt werden, beispielsweise wenn der Wechselrichter stillgesetzt werden soll. Mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 16 laufen die in den Fig. 14 und 15 dargestellten Startvorgänge ab.