DE2239617A1

DE2239617A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum betrieb eines parallelschwingkreiswechselrichters

Info

Publication number: DE2239617A1
Application number: DE19722239617
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Neupauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-08-11
Filing date: 1972-08-11
Publication date: 1974-02-21
Also published as: JPS5520469B2; JPS4959227A

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Parallelschwingkreis-Wechselrichters Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters mit steuerbaren Ventilen in diagonalen Zweigen, dessen Lastkreis einen Parallelschwingkreis enthält, welcher insbesondere aus der Parallelschaltung eines ersten gondensators mit der aus einem zweiten Kondensator und einem induktiven Verbraucher gebildeten Serienschaltung besteht, wobei die Taktgebung für die Zündung der steuerbaren Ventile vom Lastkreis her erfolgt und die Ventile entsprechender diagonaler Zweige jeweils abwechselnd gezündet werden, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens.
Es ist ein Wechselrichter mit steuerbaren Ventilen bekannt, dessen Lastkreis einen Parallelschwingkreis enthält, welcher aus der Parallelschaltung eines Kondensators mit einem induktiven Verbraucher besteht. Bin solcher Parallelschwingkreis-Wechselrichter wird vornehmlich zur induktiven Erwärmung oder zum induktiven Schmelzen von metallischem Material eingesetzt. Als induktiver Verbraucher wird dabei eine Induktorspule verwendet, welche zusammen mit dem Kondensator einen Parallelschwingkreis ergibt, dessen Eigenfre quenz im Mittelfrequenz-Bereich liegt. Die steuerbaren Ventile des Parallelschwingkreis-Wechselrichters können dabei in einer-Brückenschaltung angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, an eine Versorgungsgleichspannungsquelle sowohl eine Reihenschaltung zweier steuerbarer Ventile oder Ventilgruppen als auch eine Reihenschaltung zweier Kondensatoren anzuschliessen und den Parallelschwingkreis zwischen den Verbindungspunkt beider Ventile oder Ventilgruppen und den Verbindungspunkt beider Kondensatoren zu schalten. Zur Erhöhung der Grenzschwingungsfrequenz des Parallelschwingkreises ist es ferner möglich, in diesem zwei weitere, gegenparallel geschaltete steuerbare Ventile anzuordnen, die abwechselnd etwa bei maximalem Strom im Parallelschwingkreis gezündet werden (deutsche Offenlegungeschrift 2 015 673). Die Eingangsleitung des Wechselrichters enthält im allgemeinen eine Glättungsdrossel, die zur Entkopplung der speisenden Gleichspannungsquelle vom Wechselrichter dient.
Zum Anschwingen von Parallelschwingkreis-Wechielrichtern mit steuerbaren Ventilen in Brückenschaltung sind zwei Verfahren und Anschwingschaltungen bekannt geworden. Nach der ersten M6gliohkeit werden die Ventile beider Brückendiagonalen Jeweils abwechselnd dann gezündet, wenn die Ladespannung des Kondensators im Parallelschwingkreis etwa ihr Maximum erreicht hat oder, was dasselbe ist, wenn der Ladestrom des Kondensators annähernd durch Null geht (deutsche Offenlegungsschrift 1 638 600). Die Frequenz der Zündimpulse und damit die Taktfrequenz des Wechselrichters wird also ausschließlich von der Frequenz des mittelfrequent anschwingenden Parallelschwingkreises bestimmt. Der Wechselrichter ist also lastgetaktet. Nach der zweiten Möglichkeit dient dem Anschwingvorgang des Parallelschwingkreises eine besondere Vorstrom- und Starteinrichtung. Mit dieser wird die Ladespannung eines Startkondensators durch Zünden eines Startventils auf den Parallelschwingkreis geschaltet (Brown Boveri-Mitteilungen, Oktober 1966, Seiten 693 bis 701).
Es ist weiterhin ein Parallelschwingkreis-Wechselrichter bekannt geworden, dessen Parallelschwingkreis aus der Parallelschaltung eines ersten Kondensators mit der aus einem zweiten Kondensator und einem induktiven Verbraucher gebildeten Serienschaltung besteht (deutsche Auslegeschrift 1 563 132). Als induktiver Verbraucher kann wiederum eine Induktorspule für induktive Schmelz-und Erwärmungsanlagen verwendet werden. Der Vorzug dieses Parallelschwingkreis-Wechselrichters ist darin zu sehen, daß die Spannung am induktiven Verbraucher wesentlich höher ist als die Ausgangsspannung des Wechselrichters. Untersuchungen haben ergeben, daß das Anschwingen bei solchen Parallelschwingkrels° Wechselrichtern problematisch ist. Werden die ventile in der einen Briiekendiagonale gezündet, so saigt.die Ladespannung des ersten Kondensators nach einer mittelfrequenten Salbschwingung kein ausgeprägtes Maximums Auch ist zu diesem Zeitpunkt der Ladestrom des ersten Kondensators keineswegs Null Das bei einem lastgeführten ParallelschwlngkreissWechßelrichter, dessen Lastkreis lediglich die Parallelschaltung eines Kondensators mit dem induktiven Verbraucher enthält, nach der ersten Möglichkeit durchgeführte Verfahren zum Anschwingen ist daher bei diesem Parallelschwingkreis-Wechselrichter nicht anwendbar.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Anschwingen eines Parallelschwingkreis-Wechselrichters anzugeben, welche auch bei einem Parallelschwingkreis-Wechselrichter angewendet werden könnten, dessen Lastkreis einen Parallelschwingkreis enthält, welcher aus der Parallelschaltung eines ersten Kondensators mit der aus einem zweiten Kondensator und einem induktiven Verbraucher gebildeten Serienschaltung besteht.
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe nach einer ersten Ausführungsform erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Anschwingen des Wechselrichters der mit einem Multiplikationsfaktor kleiner 1 multiplizierte Lastkreisstrom des Wechselrichters mit dem Ladestrom des ersten Kondensators verglichen wird, und daß jeweils bei Stromgleichheit abwechselnd die steuerbaren Ventile entsprechender diagonaler Zweige gezündet werden.
Eine Schaltungsanordnung zur Durchfü-hrung dieses ersten Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Lastkreisstromes des Wechselrichters ein erster Stromwandler und zur Ermittlung des Ladestromes des ersten Kondensators ein zweiter Stromwandler vorgesehen ist, daß der erste Stromwandler über ein Multiplizierglied mit einem Multiplikationsfaktor kleiner 1 mit dem ersten Eingang und der zweite Stromwandler mit dem zweiten Eingang eines Vergleichsgliedes verbunden ist, welches jeweils bei Gleichheit der an seinen beiden Eingängen anstehenden Eingangssignale abwechselnd Zündimpulse für die steuerbaren Ventile diagonaler Zweige freigibt.
Die genannte Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art nach einer zweiten Ausführungsform auch erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Anschwingen des Wechselrichters der Lastkreisstrom des Wechselrichters mit dem mit einem Multiplikationsfaktor größer 1 multiplizierten Ladestrom des ersten Kondensators verglichen wird, und daß jeweils bei Stromgleichheit abwechselnd die steuerbaren Ventile entsprechender diagonaler Zweige gezündet werden.
Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses zweiten Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zur rmittlung des Lastkreisstromes des Wechselrichters ein erster Stromwandler und zur Ermittlung des Ladestromes des ersten Kondensators ein zweiter Stromwandler vorgesehen ist, daß der erste Stromwandler mit dem ersten Eingang und der zweite Stromwandler über ein Multiplizierglied mit einem Multiplikationsfaktor größer 1 mit dem zweiten Eingang eines Vergleichsgliedes verbunden ist, welches jeweils bei Gleichheit der an seinen beiden Eingängen anstehenden Eingangssignale abwechselnd Zündimpulse für die steuerbaren Ventile diagonaler Zweige freigibt.
Beide Verfahren und Schaltungsanordnungen eignen sich sowohl für Parallelschwingkreis-Wechselrichter mit steuerbaren Ventilen in Brückenschaltung,als auch für solche, bei denen zwei nebeneinander liegende Zweige durch eine Serienschaltung von zwei Kondensatoren ersetzt sind.
Bei beiden Ausführungsformen des Verfahrens ist sichergestellt, daß die Kommutierung von den Ventilen erster entsprechender diagonaler Zweige auf die Ventile zweiter entsprechender diagonaler Zweige vor dem Nulldurchgang der Wechselrichter-Ausgangsspannung eingeleitet und auch beendet wird. Anschließend an die Kommutierung behält die Ladespannung des ersten Eondensators zumindest während einer gewissen Zeit, der sogenannten Freiwerdezeit, ihre Polarität bei. Als besonderer Vorteil der beiden Ausführungsformen des Verfahrens und der Schaltungsanordnung muß hervorgehoben werden, daß beide Erfordernisse auch beim Anschwingen mit unbekannter Eigenfrequenz des Parallelschwingkreises erfüllt sind.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der später folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung beruht auf folgenden berlegungen: Ausgegangen wird von einem Parallelschwingkreis-Wechselrichter in Brückenschaltung, der über eine Glättungsdrossel an eine speisende Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und dessen Parallelschwingkreis aus einem ersten Kandensator (Kapazität C1) und der dazu parallel angeordneten Serienschaltung eines zweiten Kondensators (Kapazität C2) mit einem induktiven Verbraucher (Induktivität X, ohmscher Widerstandswert R) besteht.
Die Induktivität der Glättungsdrossel soll groß sein gegenüber der Induktivität L des Verbrauchers. Berechnet man den Ladestrom ic(t) des ersten Kondensators in Abhängigkeit von der Zeit t nach dem Zünden der Ventile in der einen Brückendiagonale, so erhält man bei Vernachlässigung der Dämpfung durch den ohmschen Widerstand des Verbrauchers: ist = in(t) + im(t). (1) in(t) ist dabei ein niederfrequenter Stromanteil, der durch die Reihenschaltung der Glättungsdrossel mit dem Parallelschwingkreis und durch die treibende Gleichspannung zustande kommt, und i(t) ist ein mittelfrequenter Stromanteily dessen Frequenz sich aus den Daten des Parallelschwingkreises ergibtç E}t an<1eren Worten: der mittelfrequenten Schwingung ist eine niederfrequente Schwingung unterlagert.
Ab einem gewissen Verhältnis C1/(C1+C2) ergeben sich bei zeitlich konstanter Gleichspannung Nulldurchgänge des Ladestromes i (t) nur dann, wenn der niederfrequente Stromanteil in (t) einen Nulldurchgang besitzt. Eine von diesen Nulldurchgängen abgeleitete Zündimpulsgabe für die steuerbaren Ventile der anderen Brückendiagonale kommt somit nicht in Frage. Es muß die Schwingung des mittelfrequenten Stromanteils ist isoliert werden. Deren Nulldurchgänge müssen für die lastgetaktete Zündimpulsbildung herangezogen werden.
Die Rechnung ergibt nun weiter, daß sich der niederfrequente Stromanteil 1n (t) auch schreiben läßt: in(t) = A iw(t). (2) iw(t) ist darin der Lastkreisstrom des Wechselrichters, und A ist näherungsweise gegeben durch das Verhältnis der Kapazität C1 des ersten Kondensators zur Summe der Kapazitäten C1, C2 beider Kondensatoren: A = C1/C1+C2). (3) Der Fehler, der durch die in Gleichung (2) gegebene Näherung unter Verwendung des Multiplikationsfaktors A nach Gleichung (3) begangen wird, ist gering. Der berechenbare Zündwinkelfehler liegt Im Bereich weniger Grad elektrisch.
Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich im(t) = c (t) - A iw(t) (4) In jedem Nulldurchgang im (tk) = 0 des mittelfrequenten Stromanteils im(t) zum Zeitpunkt tk gilt: ic (tk) = A iW(tk) oder (5a) B ic(tk) = iW(tk) (5b) mit B = 1/A (6) Die Erfindung beruht somit auf der Erkenntnis, daß die Nulldurchgänge des mittelfrequenten Stromanteils im(t) und damit die Zündzeitpunkte tk der steuerbaren Ventile des Wechselrichters gemäß Gleichung (5a) oder (5b) aus dem Lastkreisstrom iw(t) und aus dem Ladestrom i0(t) des ersten Kondensators ermittelt werden können.
Der Multiplikationsfaktor A oder B des Multipliziergliedes muß bei den genannten Ausführungsformen der Erfindung wenigstens annähernd entsprechend Gleichung (3) bzw. Gleichung (6) gewählt werden. Der mit der Wahl dieses Multiplikationsfaktors A bzw. B begangene Fehler ist für die Praxis vernachlässigbar.
A und B sind von der Induktivität und dem ohmschen Widerstand des Verbrauchers weitgehend unabhängige Multiplikationsfaktoren. Die angegebenen Verfahren lassen sich daher auch bei unbekannter oder sich im Betrieb ändernder Induktivität des Verbrauchers durchführen.
Die beiden Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden beispielhaft anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigt Figur 1 einen von einer Gleichspannungsquelle gespeisten Wechselrichter in Brückenschaltung mit einem Parallelschwingkreis und eine Schaltungsanordnung zur lastgetakteten Zündung der steuerbaren Ventile des Wechselrichters, Figur 2 den zeitlichen Verlauf der Ströme im Wechselrichter, nachdem die steuerbaren Ventile einer Brückendiago nale gezündet wurden, und Figur 3 den entsprechenden zeitlichen Verlauf der Lade spannung des ersten Kondensators im Parallelschwingkreis.
Figur 1 zeigt einen bekannten statischen Wechselrichter 2 mit gesteuerten Ventilen 3 bis 6 in Brückenschaltung. Als gesteuerte Ventile 3 bis 6, denen jeweils eine (nicht gezeigte) Drossel in Reihe geschaltet sein kann, sind Halbleiterventile, vorzugsweise Thyristoren oder Jeweils Gruppen von Thyristoren, vorgesehen. An Stelle der Ventile 4 und 5 können auch Kondensatoren vorgesehen sein. Der zwischen den Klemmen 7 und 8 angeschlossene Lastkreis des Wechselrichters 2 enthält einen Parallelschwingkreis 9, welcher aus der Parallelschaltung eines ersten Kondensators 10 mit der Serienschaltung eines zweiten Kondensators 11 und einem allgemein mit 12 be«.eichneten induktiven Verbraucher besteht. Der induktive Verbraucher 12 ist beispielsweise eine Induktorspule zur induktiven Erwärmung, insbesondere eine solche für einen Induktionsechmelzofen. Der Verbraucher 12 besteht aus einem induktiven Widerstand 13 und einem ohmschen Widerstand 14 und ist zwischen den Ausgangsklemmen 15 und 16 angeschlossen. Als erster und zweiter Kondensator 10 bzw. 11 wird man im allgemeinen Jeweils eine Parallelschaltung einzelner Kondensatoren vorgesehen.
In einer praktischen Ausführung kann beispielsweise als induktiver Verbraucher 12 eine Induktorspule mit einem induktiven Widerstand 13 der Induktivität L = 0,2 mH und mit einem ohmschen Widerstand 14 des Widerstandswertes R = 0,58 Ohm vorgesehen sein. Die Kapazität des ersten Kondensators 10 kann da-210 uF bei C1 = , diejenige des zweiten Kondensators 11 kann C2 = 500 /uF betragen. Aus diesen Werten ergibt sich eine Schwingungsdauer T des gedämpften Parallelschwingkreises 9 von 1,125 msec. Die Eigenfrequenz des Farallelschwingkreises 9 beträgt somit etwa 900 Hz und liegt in dem bei der induktiven Erwärmung üblichen Mittelfrequenzbereich zwischen 500 und 10 000 Hz. Der Parallelschwingkreis 9 kann aber auch für höhere oder niedrigere Eigenfrequenzen ausgelegt sein.
Der Wechselrichter st über einen Gleichstromzwischenkreis, der eine Glättungsdrossel 17 mit einer Induktivität L von z.B. = 10 mH enthält, an die Ausgangsklemmen 18, 19 einer Gleichspannungsquelle 20 angeschlossen, welche bei der Inbetriebnahme des Wechselrichters 2 eine Ausgangsgleichspannung von z.B. u& = 250 V abgibt. Die Induktivität Ld der Glättungsdrossel 17 ist in praktischen Anwendungsfällen immer groß gegenüber der Induktivität L des induktiven Verbrauchers 12.
Als Gleichspannungsquelle 20 ist im vorliegenden Fall ein netzgeführter Stromrichter mitsteuerbaæn Stromrichterventilen 21 bis 26, insbesondere Thyristoren, in Drehstrombrückenschaltung vorgesehen, welcher an die Phasen R, S, T eines Drehstromnetzes angeschlossen ist. Das Drehstromnetz liefert beispielsweise eine verkettete Spannung von 380 V. An Stelle des Stromrichters kann z.B, auch eine Batterie als Gleichspannungsquelle 20 vorgesehen sein.
Aus den Figuren 2 und 3 geht hervor, welchen Verlauf in Abhängigkeit von der Zeit t der Lastkreisstrom bzw des Wechselrichters 9, der Ladestrom 1c des ersten Kondensators 10, der durch den Verbraucher 12 fließende negative Verbraucherstrom e bzw. die Ladespannung uc am ersten Kondensator 10 nehmen, wenn bei der Inbetriebnahme des Wechselrichters 9 zu einem Zeitpunkt to die steuerbaren Ventile diagonaler Brückenzweige, z.B. die Ventile 3 und 4, gleichzeitig gezündet werden. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Kondensatoren 10 und 11 zuvor spannungslos waren. Die in den Figuren 2'und 3 eingezeichneten Zahlenangaben beziehen sich auf die im Vorangegangenen beispielsweise genannten Werte.
Nach Zündung der Ventile 3 und 4 zum Zündzeitpunkt to fließt von der Gleichspannungsquelle 20 über die Glättungsdrossel 17, das Ventil 3, den Parallelschwingkreis 9 und über das Ventil 4 ein stetig ansteigender Lastkreisstrom i. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, wird der erste Kondensator 10 zunehmend aufgeladen. Mit zunehmender Aufladung des ersten Kondensators 10 nimmt sein Ladestrom c wieder ab. Der negative Verbraucherstrom-il hingegen steigt auch weiterhin stetig an.
Verbraucherstrom-il und Lastkreisstrom bzw ergeben zu jedem Zeitpunkt t zusammen den Ladestrom ic. Es gilt also: (t) + iw(t) = ic (t).
Im Zeitpunkt t1 zeigt der Kurvenverlauf des Ladestromes c des ersten Kondensators 10 einen Wendepunkt. Zu diesem Zeitpunkt t1 ist eine mittelfrequente Halbschwingung beendet. Hier sollen die Ventile 5, 6 der anderen Brückendiagonale gezündet werden.
Der zeitliche Abstand der Zeitpunkte t1 und to entspricht also einer halben Schwingungsdauer T/2, im Wertebeispiel T/2 0,5625 msec. Im Gegensatz zu einem Parallelschwingkreis, bei dem der in Reihe mit dem Verbraucher 12 geschaltete zweite Kondensator 11 (Figur 1) fehlt, ist der Ladestrom ic im Zeitpunkt to jedoch nicht Null, sondern besitzt immer noch einen positiven Wert. In Figur 2 ist gestrichelt angedeutet, wie der Ladestrom c weiterverlaufen würde, wenn im Zeitpunkt to nicht die steuerbaren Ventile 5, 6 der anderen Brückendiagonale gezündet würden. Er würde zunächst ein Minimum im positiven Strombereich durchlaufen und dann weiter ansteigen, ohne innerhalb einer vollen Schwingungsdauer T die Strom-Nullinie zu kreuzen. Im Ladestrom c ist ein mittelfrequenter Stromanteil im einem niederfrequenten Stromanteil in überlagert, dessen Schwingungsdauer von der Induktivität Ld der Glättungsdrossel 17 und den Werten der Bauelemente 10, 11 und 12 im Parallelschwingkreis 9 und der gegebenenfalls zeitlich nicht konstanten Ausgangsgleiohspannung Ud & der Gleichspannungsquelle 20 abhängt.
Während bei einem Parallelschwingkreis ohne zweiten Kondensator 11 die Ladespannung uc am ersten Kondensator 10 zum Zeitpunkt tl, also nach einer mittelfrequenten Halbschwingung, ihr Maximum erreicht hat, ist das beim Parallelschwingkre-is-Wechselrichter 2 mit zweitem Kondensator 11 nach Figur 3 nicht der Fall. Wie in Figur 3 gestrichelt veranschaulicht ist, nimmt die Ladespannung Uc des ersten Kondensators 10 bei einem Wechselrichter 2 mit zweitem Kondensator 11 auch nach dem Zeitpunkt t1 noch weiter ab.
Aus den Figuren 2 und 3 ergibt sich also, daß es bei dem in Figur 1 gezeigten Wechselrichter 2 prinzipiell nicht möglich ist, zum erforderlichen Zeitpunkt t1 in der üblichen Weise, d.h. aus dem Nulldurchgang des Ladestromes ic oder aus dem Maximum der Ladespannung uc, Zündimpulse für die Ventile 5, 6 der anderen Brückendiagonale herzuleiten, weil zu diesem Zeitpunkt t1 weder ein Stromnulldurchgang noch ein ausgeprägtes Spannungsmaximum vorhanden ist.
Um jeweils nach einer halben mittelfrequenten Schwingungsdauer T/2 bei der Inbetriebnahme des Wechselrlchters 2 die Ventile 3, 4 bzw. 5, 6 beider Brückendiagonalen abwechselnd 2wunden zu können, kann die in Figur 1 zusätzlich eingezeichnete Schaltungsanordnung verwendet werden. Diese Schaltungsanordnung ermittelt zunächst die Zeitpunkte t1 t2, t t, tk (k= 1,2 . .
gemäß Gleichung (5a) oder (5b) und gibt zu diesen Zeitpunkten t1 t2O . ., tk Zündimpulse an die steuerbaren Ventile 3, 4 oder 5, 6 der einen oder anderen Brückendiagonale ab.
Gemäß Figur 1 ist zur Ermittlung des Lastkreisstromes iw ein erster Stromwandler 30 vorgesehen. Der ermittelte Lastkreisstrom 1w wird mit Hilfe eines einseitig auf Nullpotential gelegten Widerstandes 31 in eine proportionale Spannung X umgewandelt, welche über einen Anschlußwiderstand 32 einem Xultiplizierglied 33 zugeführt wird. Der Multiplikationsfaktor A des Multipliziergliedes 33 ist an einem Einstellorgan 34 auf einen festen Wert kleiner 1 eingestellt. Als Multiplizierglied 39 kann insbesondere, wie in Figur 1 dargestellt, ein integrierter Verstärker vorgesehen sein, dessen Rückkopplungswiderstand als veränderbares Einstellorgan 34 ausgebildet ist. An diesem läßt sich der Multiplikationsfaktor A einstellen. Der Xultiplikationsfaktor A wird gleich dem Verhältnis der Kapazität C1 des ersten Kondensators 10 zur Summe der Kapazitäten C1, C2 des ersten und des zweiten Kondensators 10 bzw. 11 gewählt. Es gilt also: A = c1/(c1 + C2). Im oben angegebenen Wertebeispiel erhält man A = 0,7. Der Anschlußwiderstand 32 ist dabei an den einen Eingang des integrierten Verstärkers angeschlossen; dessen zweiter Eingang ist auf Nullpotential gelegt.
Der Ausgang des Multipliziergliedes 33 ist über einen Verbindungswiderstand 35 mit dem ersten Eingang eines Subtraktionsgliedes 36 verbunden. Die Eingangsspannung am ersten Eingang des Subtraktionsgliedes 36 ist also um den Faktor A kleiner als die Spannung Uw Zur Ermittlung des Ladestromes c des ersten Kondensators 10 ist ein zweiter Stromwandler 37 vorgesehen, der über eine ähnlich aufgebaute und dimensionierte Schaltung mit dem zweiten Eingang des Subtraktionegliedes 36 verbunden ist. Besteht der erste Kondensator 10 aus einer Parallelschaltung einzelner Kondensatoren, so genügt es, mit dem Stromwandler 37 den Ladestrom eines dieser einzelnen Kondensatoren, also nur einen Bruchteil des gesamten Ladestroms c zu messen. Entsprechend diesem Bruchteil wird dann auch der vom ersten Stromwandler 30 gemessene Lastkreisstrom bzw untersetzt. Der vom zweiten Stromwandler 37 ermittelte Ladestrom ic wird zunächst mittels eines einseitig auf Nullpotential gelegten Widerstandes 38 in eine proportionale Spannung Uc umgewandelt. Diese gelangt über einen Anschlußwiderstand 39 in ein Multiplizierglied 40, dessen Multiplikationsfaktor B an einem Einstellorgan 41 auf den festen Wert 1 eingestellt ist. Als Multiplikationsglied 40 kann wiederum ein integrierter Verstärker vorgesehen sein, dessen Rückkopplungswiderstand als Einstellorgan 41 dient und auf denselben Widerstandswert eingestellt ist wie der an seinem einen Eingang angeschlossene Anschlußwiderstand 39.
Der andere Eingang des integrierten Verstärkers ist wiederum auf Nullpotential gelegt, so daß sich der gewünschte Multiplikationsfaktor 1 ergibt. Ein Verbindungswiderstand 42 verbindet den Ausgang des Multiplikationsgliedes d0 mit dem zweiten Eingang des Subtraktionsgliedes 36.
Das Subtraktionsglied 36 vergleicht die an seinem ersten Eingang anstehende Eingangsspsnnung' welche proportional zu dem mit dem Multiplikationsfaktor A multiplizierten Lastkreisstrom iw ist, mit der an seinem zweiten Eingang anstehenden Eingangsspannung, welche proportional zum Ladestrom i des ersten gondensators 10 ist. Das ermittelte Differenzsignal wird einem Grenzwertmelder 43 zugeführt, welcher Jeweils beim Durchgang des Differenzsignals vom Positiven ins Negative oder vom Negativen ins Positive, also jeweils bei Gleichheit beider Eingangsspannungen am Subtraktionsglied 36, sein Ausgangssignal von O auf L bzw. von L auf 0 oder umgekehrt ändert. Subtraktionsglied 36 und Grenzwertmelder 43 bilden zusammen ein Vergleichsglied.
Als Vergleichsglied kann z.B. auch ein mitgekoppelter Differenzverstärker herangezogen werden0 An den Ausgang des Grenzwertmelders 43 sind über eine erste Zeitstufe 49 zwei Impulsverstärker 44, 45 und über eine Umkehrstufe 46, z.B. ein NAKD-Gatter9 und eine zweite Zeitstufe 50 zwei weitere Impulsverstärker 47 und 48 angeschlossen. Die beiden Impulsverstärker 44, 45 sind zur Zündung der steuerbaren Ventil 3 bzw. 4 des Wechselrichters 2 vorgesehen, welche in der einen Brückendiagonale liegen. Entsprechend sind die beiden Impulsverstärker 47, 48 zur Zündung der steuerbaren Ventile 5 bzw. 6 in der anderen Brückendiagonale vorgesehen. Die Steuerelektrode der Ventile 3 bis 6 sind zu diesem Zweck mit dem Aus gang des zugeordneten Impulsverstärkers 44, 45, 47 bzw. 48 verbunden.
Erscheint beispielsweise am Ausgang des Grenzwertmeiders 43 zum Zeitpunkt tl, wenn Aiw = ic gilt, ein Ausgangssignal L, so wird im ersten Zeitglied 49 daraus -ein Zündimpuls arorgegebener kurzer Zeitdauer gebildet, welcher-uber die Impulsverstärker 4A, 45 an die zugeordneten Ventile 3 bzVg -4 weiter gegeben. wirde Diese werden dadurch.gezünuet. Das Ausgangssignal L' des Grenzwertmelders 43 wird gleichzeitig durch die Umkehrstufe 46 in ein Eingangssignal 0 für die zweite Zeitz'rufe 50 umgewandelt, welche in diesem Fall keinen Zündimpulse weitergibt. Erscheint zu einem Zeitpunkt t2, wenn wiederum Aiw = i¢ gilt, ein Ausgangssignal 0 am Grenzwertmelder 43, 80 bleiben die Impulsverstärker 44, 45 gesperrt. Das Ausgangssignal 0 wird durch die Umkehrstufe 46 in ein Signal L verwandelt. Mit Beginn dieses Signals L gibt die zweite Zeitstufs 50 einen Zündimpuls kurzer Dauer an die ImpulsverstärkBr 47, 48, und diese zünden die Ventile 5, 6 der anderen Brückendiagonale.
In Figur 2 ist ab dem Zeitpunkt to der Zündung der Ventile 3, 4 zusätzlich der mit dem Multiplikationsfaktor A < 1 multiplizierte Lastkreisstrom iw, also der niederfrequente Stromanteil in = Aiw (Gleichung 2) eingezeichnet, der vom Ladestrom i im Subtraktionsglied 36 subtrahiert wird. Man erkennt, daß der niederfrequente Stromanteil in entsprechend dem Lastkreisstrom praktisch einen geradlinigen Kurvenverlauf besitzt, nur ist seine Steigung um den Multiplikationsfaktor A = C1/(C1 + C2) geringer. Zum Zeitpunkt t1 schneidet die Kurve des niederfrequenten Stromanteils in die Kurve des Ladestromes c in einem Schnittpunkt PA. Hier gilt also in(t i) = AiW(t1) = ic (t1).
Das Vergleichsglied 36, 43 spricht an. Es werden nun in diesem Zeitpunkt t1 die Ventile 5, 6 mittels der in Figur 1 dargestellten Schaltungsanordnung gezündet. Die Impulsgabe und Zündung diagonaler Brückenzweige erfolgt also Jeweils im Nulldurchgang des vom Subtraktionsglied 36 abgegebenen Differenzsignals, welches proportional zu (Aiw - ic) c ist.
Abweichend von der bisherigen Beschreibung läßt sich der in Figur 1 dargestellten Schaltungsanordnung auch eine etwas andere, aber äquivalente Ausführungsform geben, welche ebenfalle die lastgetaktete Zündung der Ventile 3, 4 sowie 5, 6 des Wechselrichters 2 sicherstellt. Gemäß dieser zweiten Ausführungeform wird der unveränderte Lastkreisstrom iw des Wechselrichters 2 mit dem mit einem Multiplikationsfaktor B multiplizierten Ladestrom ic des ersten Kondensators 10 vergleichen. In diesem Fall ist der Multiplikationsfaktor B größer als 1.
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird bei der in Figur 1 gezeigten Schaltungsanordnung das Einstellorgan 34 des Multipliziergliedes 33 auf einen EultiplikationsfakJGor A = 1 eingestellt. Das Einstellorgan 41 des zweiten Multipliziergliedes 40 hingegen wird auf einen Multiplikationsfaktor 3 B eingestellt, welcher größer als 1 ist und sich aus den Kapazitäten C1 und C2 des ersten bzw. zweiten Kondensators 10 bzw. 11 gemäß der Gleichung (6) zu B = (C1 + C2)/C1 ergibt. Zündimpulse werden durch die Impulsverstärker 44, 45 sowie 47, 48 jedesmal dann gebildet, wenn iw = 3i c gilt, was durch das Subtraktionsglied 36 ermittelt wird. Das bedeutet also, daß man zunächst den in Figur 2 eingezeichneten Kurvenverlauf des Ladestromes ic mit dem Multiplikationsfaktor B multipliziert. Die der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht eingezeichnete Kurve Bi schneidet in einem Schnittpunkt P3 die Kurve des Lastkreisstromes Dieser Schnittpunkt P3 liegt , wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ebenfalls beim Zeitpunkt t1, also eine mittelfrequente Halbperiode /2 nach dem Zünden der Ventile 3, 4. ;Wie beim erstgenannten Verfahren können auch hier alle weiteren, durch Gleichung (5b) definierten Zeitpunkte tk bestimmt und jedesmal Zündimpulse gegeben werden.
Dieses zweite Verfahren und die entsprechende Schaltungsanordnung besitzen gegenüber dem ersten Verfahren bzw. der ersten Schaltungsanordnung den Vorzug, daß der vom ersten Stromwandler 30 ermittelte Lastkreisstrom iw nicht verkleinert zu werden braucht. Man kommt also mit einem weniger empfindlichen Vergleichsglied 36, 43 aus.
Es ist besonders darauf hinzuweisen, daß die erste Ausführungsform des Verfahrens und der Schaltungsanordnung nicht nur bei dem in Figur 1 dargestellten Parallelschwingkreis 9 mit zweitem Kondensator 11 verwendet werden kann. Sie läßt sich auch dann einsetzen, wenn die Kapazität C2 dieses zweiten Kondensators 11 gegen unendlich geht, also auch bei fehlendem Kondensator 11. Das bedeutet, daß bei der ersten Ausführungsform für beide Anwendungsfälle eines Parallelschwingkreises nur eine einzige Schaltungsanordnung, die z.B. in Form einer gedruckten Platte ausgeführt sein kann, auf Lager gehalten werden muß. Die Lagerhaltung kann also wesentlich vereinfacht werden.
15 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

Patentansprüche 1Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters mit steuerbaren Ventilen in diagonalen Zweigen, dessen Lastkreis einen Parallelschwingkreis enthält, welcher insbesondere aus der Parallelschaltung eines ersten Kondensators mit der aus einem zweiten Kondensator und einem induktiven Verbraucher gebildeten Serienschaltung besteht, wobei die Taktgebung für die ,Zündung der steuerbaren Ventile vom Lastkreis her erfolgt und die Ventile entsprechender diagonaler Zweige jeweils abwechselnd gezündet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschwihgen des Wechselrichters (2) der mit einem Multiplikationsfaktor (A) kleiner 1 multiplizierte Lastkreisstrom (iw) des Wechselrichters (2) mit dem Ladestrom (ic) des ersten Kondensators (10) verglichen wird, und daß Jeweils bei Stromgleichheit (Aiw = ic) abwechselnd die steuerbaren Ventile (3, 4 sowie 5,6) entsprechender diagonaler Zweige gezündet werden.
2. Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters mit steuerbaren Ventilen in diagonalen Zweigen, dessen Lastkreis einen Parallelschwingkreis enthält, welcher insbesondere aus der Parallelschaltung eines ersten Kondensators mit der aus einem zweiten Kondensator und einem induktiven Verbraucher gebildeten Serienschaltung besteht, wobei die Uaktgebung für die Zündung der steuerbaren Ventile vom Lastkreis her erfolgt und die Ventile entsprechender diagonaler Zweige jeweils abwechselnd gezündet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschwingen des Wechselrichters (2) der Lastkreisstrom (iw) des Wechselrichters'(2) mit dem mit einem Multiplikationsfaktor (B) größer 1 multiplizierten Ladestrom (ic) des ersten Kondensators (10) verglichen wird, und daß jeweils bei Stromgleichheit (iw = BiC) abwechselnd w c die steuerbaren Ventile (3, 4 sowie 5, 6) entsprechender diagonaler Zweige gezündet werden.
3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Lastkreisstromes' (iw) des Wechselrichters (2) ein erster Stromwandler (30) und zur Ermittlung des Ladestromes (ic des ersten Kondensators (10) ein zweiter Stromwandler (37) vorgesehen ist, daß der erste Stromwandler (30) über ein Multiplizierglied (33) mit einem Multiplikationsfaktor (A) kleiner 1 mit dem ersten Eingang und der zweite strom wandler (37) mit dem zweiten Eingang eines Vorgleichsgliedes (36, 43) verbunden ist, welches Jeweils bei Gleichheit der an seinen beiden Eingängen anstehenden Eingangseignale abwechselnd Zündimpulse für die steuerbaren Ventile (3, 4 oder 5, 6) diagonaler Zweige freigibt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplikationsfaktor (A) an einem Einstellorgan (34) des Multipliziergliedes (33) einstellbar ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplikationsfaktor (A) gleich dem Vorhältnis der Kapazität (C1) des ersten Kondensators (10) zur Summe der Kapazitäten (C1, C2) ) des ersten und des zweiten Kondensators (10, 11) gewählt ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Multiplizierglied (33) ein Verstärker vorgesehen ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungswiderstand des Verstärkers als Einstellorgan (34) zur Einstellung des Multiplikationfaktors (A) vorgesehen ist.
8. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Lastkreisstromes (iw) des Wechselrichters (2-) ein erster Stromwandler (30) und zur Ermittlung des Ladestromes (ic) des ersten Kondensators (io) ein zweiter Stromwandler (37) vorgesehen ist, daß der erste Stromwandler (30) mit dem ersten Eingang und der zweite Stromwandler (37) über ein Multiplizierglied (40) mit einem Multiplikationsfaktor (B) größer 1 mit dem zweiten Eingang eines Vergleichsgliedes (36, 43) verbunden ist, welches jeweils bei Gleichheit der an seinen beiden Eingängen anstehenden Bingangssignale abwechselnd Zündimpulse für die steuerbaren Ventile (3, 4 oder 5, 6) diagonaler Zweige freigibt.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplikationsfaktor (B) an einem Einstellorgan (41) des Multipliziergliedes (40) einstellbar ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge kennzeichnet, daß der Multiplikationsfaktor (B) gleich dem Verhältnis der Summe der Kapazitäten (C1, C2) ) des ersten und des zweiten Kondensators (10, 11) zur Kapazität (C1) des ersten, Kondensators (10) gewählt ist.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Multiplizierglied (40) ein Verstärker vorgesehen ist.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungswiderstand des Verstärkers als Einstellorgan (41) zur Einstellung des Multiplikationsfaktors (B) vorgesehen ist.
13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umwandlung des ermittelten Lastkreisstromes (iw) und des ermittelten Ladestromes (ic) in proportionale Spannungen (Uw bzw. Uc) Je ein Widerstand (31 bzw. 38) vorgesehen ist.
14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsglied (36, 43) aus einem Subtraktionsglied (36) und einem nachgeschalteten Grenzwertmelder (43) besteht, welcher Grenzwertmelder (43) beim Nulldurchgang des vom Subtraktionsglied (36) abgegebenen Differenzsignals ein Steuersignal zum Zünden der steuerbaren Ventile (3, 4 oder 5, 6) abgibt.
15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Grenzwertmelders (43) mit Impulsverstärkern (44, 45), die für die Ventile (3, 4) erster entsprechender diagonaler Zweige vorgesehen sind, über ein erstes Zeitglied (49) und mit Impulsverstärkern (47, 48), die für die Ventile (5, 6) zweiter entsprechender diagonaler Zweige vorgesehen sind, über eine Umkehrstufe (46) und ein zweites Zeitglied (50) verbunden ist.

L e e r s e i t e