DE2135563A1 - Stabilisierter Wechselrichter - Google Patents

Stabilisierter Wechselrichter

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DE2135563A1
DE2135563A1 DE19712135563 DE2135563A DE2135563A1 DE 2135563 A1 DE2135563 A1 DE 2135563A1 DE 19712135563 DE19712135563 DE 19712135563 DE 2135563 A DE2135563 A DE 2135563A DE 2135563 A1 DE2135563 A1 DE 2135563A1
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DE19712135563
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Walter B. Niederglatt Guggi (Schweiz)
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RELIANCE ELEKTRONIC AG
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RELIANCE ELEKTRONIC AG
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
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    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
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    • H02M7/525—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output waveform or frequency

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Description

RELIANCE ELECTRIC AG Dierikon (SCHWEIZ)
Stabilisierter Wechselrichter
Die Hauptpatentanmeldung P 20 14 348.0 betrifft einen stabilisierten Wechselrichter, der mit Hilfe von durch eine Triggervorrichtung gesteuerten Stromrichtern und einem abgestimmten elektrischen L-C-Kreis Gleichstrom in insbesondere sinusähnlichen Wechselstrom umformt, indem der Gleichstrom einer Gleichstromquelle über eine Schwingdrosselspule und die Stromrichter abwechselnd in entgegengesetzter Richtung durch eine von einem Kondensator überbrückte Primärwicklung eines Transformators geschickt wird, und durch entsprechende Belastung
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einer beliebigen Wicklung des Transformators Wechselstrom-Energie abgeführt wird, wobei zur Stabilisierung des Ausgangswertes eine Energierückführurig von einer Transformatorwicklung zur Gleichstromseite unter Zwischenschaltung von Gleichrichtern über mindestens zwei elektrisch getrennte, magnetisch gekoppelte Wege erfolgt.
Ein wesentlicher Vorteil dieses Wechselrichterprinzipes liegt ^ darin, dass es auf besonders einfache Art mit einer Spannungsregelung erweitert werden kann. Gemäss Hauptpatent geschieht dies dadurch, dass am Wechselrichtertransformator Wechselspannung angezapft, gleichgerichtet und in Reihe mit der eingangsseitigen Gleichstromquelle geschaltet ist, wobei diese Spannung zu Kompensationszwecken mit Hilfe von gesteuerten Stromrichtern nach Wunsch regulierbar ist.
Dabei wird gemäss dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 des Hauptpatentes von einer Sekundärwicklung des Transformators am Wechselrichterausgang über, von einer Phasenanschnittautomatik gesteuerte Thyristoren Energie zur Eingangsgleichstromquelle zurückgeführt und zu dieser mittels eines Kondensators addiert. Die dem Wechselrichterausgang entnommene Energie durchläuft den Wechselrichter also ein zweites Mal, was als Nachteil gewertet werden muss, da der Wechselrichter entsprechend grosser dimensioniert werden muss bzw. einen schlechteren Wirkungsgrad erhält.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Wechselrichter gemäss Hauptpatent mit einer Spannungsregeleinrichtung zu versehen, die keine grössere Diraensionierung des Wechselrichters erfordert und ausserdem schnell reagiert, verzerrungsfrei regelt, mit nur geringen Verlusten behaftet, sowie wartungsfrei ist und grosse Zuverlässigkeit bei langer Lebensdauer aufweist. Diese Spannungsregeleinrichtung soll ferner elektronisch arbeiten und unbeschränkt für alle in der Leistungselektronik, insbesondere für die in Wechselrichteranwendungen vorkommenden Leistungen geeignet sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass von Abgriffen einer Transforraatorwicklung des Wechselrichtertransformators mit Hilfe von durch Phasenanschnitt gesteuerten Stromrichtern dosierte, gleichgerichtete Wechselspannung über eine Zuleitung auf den Mittelabgriff der Primärwicklung des Transformators zurückgeführt wird, wobei sich in dieser Zuleitung ein einerseits am Mittelabgriff und andererseits an der Gleichstromquelle angeschlossener Kondensator befindet, der dazu beiträgt, den Strorafluss in Gleich- und Wechselstrom-Komponenten aufzuteilen und der durch Phasenanschnittsteuerung der Gleichstromkomponente je nach Phasenanschnittwinkel auf eine negative oder positive Spannung aufgeladen wird, die sich zur Eingangsspeisespannung subtrahiert bzw. addiert.
Auf beiliegender Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des
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Erfindungsgegenstandes dargestellt, welches im folgenden näher erläutert wird:
In der Figur ist mit 1 eine Gleichstromquelle bezeichnet. Der negative Pol - der Gleichstromquelle 1 ist über eine Schwingdrosselspule 2 mit den Kathoden von Thyristoren 3, verbunden, deren Anoden je mit einem der beiden Enden der Primärwicklung 5.1 eines Wechselrichter-Transformators 5 und je mit einem der beiden Pole eines Kommutations-Kondensators 6 verbunden sind. Die Steuerelektroden der Thyristoren 3, 4 sind an einen Triggerimpulsgenerator 7 angeschlossen, der andererseits mit den Kathoden dieser Thyristoren 3, 4 in Verbindung steht. Der positive Pol + der Gleichstromquelle ist über einen Kondensator 8 mit einem Mittelabgriff 5.11 und über eine Drosselspule 9 und je ein Thyristor 10 bzw. 11 an zwei in Bezug auf den Mittelabgriff 5.11 symmetrisch angeordnete Abgriffe 5.12, 5.13 an der Primärwicklung 5.1 des Transformators 5 angeschlossen. Dabei sind die Kafhoden dieser Thyristoren 10, 11 an die Abgriffe 5.12, 5.13 der Primärwicklung 5.1 geführt und stehen andererseits mit einer Phasenanschnittautomatik 12 in Verbindung, die die Steuerelektroden dieser Thyristoren 10, 11 speist. An zwei weiteren in Bezug auf den Mittelabgriff symmetrisch angeordneten Abgriffen 5.14, 5.15 der Primärwicklung 5.1 sind je eine Diode 13 bzw. 14 mit ihren Kathoden angeschlossen. Die Anoden dieser Dioden 13, 14 sind über eine Drosselspule
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15 mit der gegenpoligen Verbindung zweier Wicklungshälften 16.1, 16.2 einer Differentialdrosselspule 16 verbunden. Die äusseren Enden dieser Wicklungshälften 16.1, 16.2 stehen je über eine Diode 17 bzw. 18 mit einem der beiden Wicklungsenden der Schwingdrosselspule 2 in Verbindung, wobei die Anoden dieser Dioden 17, 18 an die Schwingdrosselspule 2 angeschlossen sind. An der Sekundärwicklung 5.2 des Transformators 5 ist ein Verbraucher 19 angeordnet, von dessen beiden Anschlussklemmen je eine Leitung in die Phasenanschnittautomatik 12 geführt ist.
Der aus der Gleichstromquelle 1 kommende Gleichstrom wird nach konventioneller Art durch Thyristoren 3, 4 mit Hilfe des Kommutations-Kondensators 6 abwechlungsweise unterbrochen und durch die Wicklung 5.2 des Transformators 5 dem Verbraucher 19 zugeführt. Durch Resonanzverhalten zwischen der Induktivität der Schwingdrosselspule 2 und der Kapazität des Kommutations-Kondensators 6 wird durch den, durch die jeweils eingeschaltete Wicklungshälfte der Primärwicklung 5 fliessenden Strom am Ausgang des Transformators 5 eine sinusförmige oder sinusähnliche Spannung bzw» Strom erzeugt.
Durch Energierückführung von den Abgriffen 5.14, 5.15 der Primärwicklung 5.1 über die Dioden 13, 14 und die Drosselspule 15 auf die Differentialdrosselspule 16 und durch Verteilung der zurückgeführten Energie mittels der zwei Wick-
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lungshälften 16.1, 16.2 auf zwei magnetisch gekoppelte, elektrisch getrennte Rückführungswege wird eine äusserst günstige Spannungsstabilisierung erreicht. Die Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung 5.2 wird unabhängig vom Belastungszustand bzw. von Belastungsänderungen proportional zur Eingangsgleichspannung gehalten.
Um Spannungsschwankungen der Gleichstromquelle 1 auszugleifc chen und alle zusätzlichen im Wechselrichter auftretenden Spannungsabfälle automatisch zu kompensieren wird von den Abgriffen 5.12, 5.13 der Primärwicklung 5.1 mit Hilfe der durch Phasenanschnitt gesteuerten Thyristoren dosierte Wechselspannung auf den Mittelabgriff 5.11 des Transformators 5 zurückgeführt. Dabei wird der von der Gleichstromquelle 1 kommende Strom durch den Kondensator 8 und die Drosselspule 9 in Gleich- und Wechselstromkomponenten aufgeteilt. Durch die Phasenanschnittsteuerung der Gleichstromkomponente wird der Kondensator 8 je nach Phasenanschnittwinkel auf eine negative oder positive Spannung aufgeladen, die sich zur Eingangsspeisespannung subtrahiert bzw. addiert. Bei frühzeitigem Phasenanschnitt wird der Kondensator 8 vom Transformator 5 her über die Thyristoren 10, 11 und die Drosselspule 9 in zur Polarität der Gleichstromquelle 1 gleicher Richtung aufgeladen, sodass sich die Spannung des Kondensators 8 zu derjenigen der Gleichstromquelle 1 addiert. Bei spätem Phasenanschnitt wird der Kondensator 8 durch die Gleichstromquelle
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1 gegenpolig aufgeladen, da der durchschnittliche Stromabfluss über die beiden Thyristoren 10, 11 durch ihr spätes Oeffnen gehemmt ist. Die Aufladung des Kondensators 8 durch die Gleichstromquelle 1 entspricht einer Verkleinerung der wirksamen Spannung der Gleichstromquelle I1 was einer Subtraktion der Kondensatorspannung von der Spannung der Gleich· stromquelle 1 gleich kommt.
Die Regelung wird dabei so ausgelegt, dass im Normalfall durch Subtraktion ausgeregelt wird und die Addition nur für kurzzeitige lieber br ückungsf unkt ionen benutzt wird. Es wird dadurch eine optimale Dimensionierung des Wechselrichters gestattet, was eine Verbesserung des Wirkungsgrades mit sich bringt.
Die Steuerung der Phasenanschnittautomatik 12 kann anstatt durch die Ausgangswechselspannung des Wechselrichters zu Regelungszwecken selbstverständlich auch unabhängig von dieser durch irgend eine andere beliebige Funktion erfolgen.
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Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH
    Stabilisierter Wechselrichter der mit Hilfe von durch eine Triggervorrichtung gesteuerten Stromrichtern und einem abgestimmten elektrischen L-C-Kreis Gleichstrom in insbesondere sinusähnlichen Wechselstrom umformt, indem der Gleichstrom einer Gleichstromquelle über eine-Schwingdrosselspule und die Stromrichter abwechselnd in entgegengesetzter Richtung durch eine von einem Kondensator überbrückte Primärwicklung eines Transformators geschickt wird, und durch entsprechende Belastung einer beliebigen Wicklung des Transformators Wechselstrom-Energie abgeführt wird, wobei zur Stabilisierung des Ausgangswertes eine Energierückführung von einer Transformatorwicklung zur Gleichstromseite unter Zwischenschaltung von Gleichrichtern über mindestens zwei elektrisch getrennte, magnetisch gekoppelte Wege erfolgt und zur Spannungsregelung am Wechselrichtertransformator Wechselspannung angezapft, gleichgerichtet und in Reihe mit der eingangsseitigen Gleichstromquelle geschaltet ist, wobei diese Spannung zu Kompensationszwecken mit Hilfe von gesteuerten Stromrichtern nach Wunsch regulierbar ist,
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    dadurch gek en nzeichnet, dass von Abgriffen (5.12, 5.13) einer Transformatorwicklung des Wechselrichtertransformators (5) mit Hilfe von durch Phasenanschnitt gesteuerten Stromrichtern (10, 11) dosierte, gleichgerichtete Wechselspannung über eine Zuleitung auf den Mittelabgriff (5.11) der Primärwicklung (5.1) des Transformators (5) zurückgeführt wird, wobei sich in dieser Zuleitung ein einerseits am Mittelabgriff (5.11) und andererseits an der Gleichstromquelle (1) angeschlossener Kondensator (8) befindet, der dazu beiträgt, den Stromfluss in Gleich- und Wechselstromkomponenten aufzuteilen und der durch Phasenanschnittsteuerung der Gleichstromkomponente je nach Phasenanschnittwinkel auf eine negative oder positive Spannung aufgeladen wird, die sich zur Eingangsspeisespannung subtrahiert bzw. addiert.
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    to
    L e e r s e i t e
DE19712135563 1970-07-23 1971-07-16 Stabilisierter Wechselrichter Pending DE2135563A1 (de)

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