DE3234702C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorladung von Kommutierungskondensatoren in einem Wechselrichter mit Phasenfolgelöschung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der Druck­ schrift EP-00 31 118 A2 bekannt. Da bei dem genannten Wechsel­ richter mit Phasenfolgelöschung der gerade leitende Wechsel­ richterthyristor beim Kommutierungsvorgang dadurch gelöscht wird, daß sich ein geladener Kommutierungskondensator bei Zündung des nächstfolgenden Thyristors in derselben Kommutierungsgruppe über den zu löschenden Thyristor ent­ lädt und so einen zur Löschung geeigneten Stromnulldurch­ gang erzwingt, müssen notwendigerweise bestimmte Kommutie­ rungskondensatoren bereits bei Beginn des Wechselrichter­ betriebs ausreichend geladen sein, um von Anbeginn an eine sichere Kommutierung zu gewährleisten.

Diese Vorladung der Kommutierungskondensatoren wird bei dem bekannten Verfahren über einen ohmschen Spannungsteiler aus Vorladungswiderständen erreicht, der an eine externe Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Aufgrund der be­ sonderen Art der Wechselrichterschaltung, bei der die obere und untere Kommutierungsgruppe über Wechselrichterdioden zusammenhängen, lassen sich die Kondensatoren auf eine maximale Spannung vorladen, die unabhängig von dem gewähl­ ten Widerstandsverhältnis des Spannungsteilers auf die Hälfte der von der Gleichspannungsquelle abgegebenen Aus­ gangsspannung begrenzt ist.

Weil die bei der Vorladung erreichte Kondensatorspannung in direktem Zusammenhang mit der Kommutierungsfähigkeit zu Beginn des Wechselrichterbetriebs steht, wird bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik nicht die maximal mögliche Kommutierungsfähigkeit erzielt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren zur Vorladung zu schaffen, das bei geringem zusätzlichem Aufwand und unter voller Ausnutzung der zur Verfügung ste­ henden Gleichspannung die Kommutierungsfähigkeit bei Beginn des Wechselrichterbetriebs entscheidend verbessert.

Die Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten Verfahren da­ durch gelöst, daß die Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 vorgesehen sind. Das erfindungsgemäße Verfahren hat insbesondere den Vorteil, daß unter weitge­ hender Beibehaltung der bekannten Wechselrichterschaltungen und Vorladungseinrichtungen die Spannung der Kommutierungs­ kondensatoren bei der Vorladung und damit die Kommutie­ rungsfähigkeit verdoppelt werden kann.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Verfahrens werden als Gleichspannungsquelle für die Vorladung das Gleichspannungsnetz selbst, und Zerhacker und Fahrschalter als Überbrückungsschalter für den ersten und zweiten Vorladungswiderstand verwendet.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnung in einem Ausführungs­ beispiel beschrieben und näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 die Schaltungsanordnung eines Wechselrichters mit Vorladungseinrichtung und externer Gleichspannungs­ quelle zur Durchführung des Verfahrens;

Fig. 2 eine bevorzugte Schaltungsanordnung zur direkten Vorladung aus dem Gleichspannungsnetz; und

Fig. 3 eine Schaltung gemäß Fig. 2 mit einer als Zer­ hacker wirkenden elektronischen Chopperschaltung mit rückwärts leitenden Thyristoren.

In Fig. 1 ist eine prinzipielle Wechselrichterschaltung mit Vorladungseinrichtung dargestellt, wie sie zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Der Wechselrichter besteht im wesentlichen aus Wech­ selrichterthyristoren TW 1, . . ., TW 6, die zusammen mit den zugeordneten Wechselrichterdioden DW 1, . . ., DW 6 und Kommu­ tierungskondensatoren C 1, . . ., C 6 in einer Brückenschaltung angeordnet sind. Je drei Wechselrichterthyristoren TW 1, TW 3, TW 5 bilden eine obere, die anderen drei Wechselrichter­ thyristoren TW 2, TW 4, TW 6 eine untere Kommutierungsgruppe. Die Brücke erzeugt in einem angeschlossenen, dreiphasigen Verbraucher, z. B. einer Drehstrommaschine M, ein Drehstrom­ system. Der Wechselrichter selbst wird aus einer Gleich­ stromquelle gespeist, die einen Zerhacker Z zur Steuerung des eingeprägten Gleichstroms, eine Zwischenkreisdrossel LZ zur Glättung des pulsierenden Gleichstromes, sowie einen Fahrschalter FS zur Umkehr der Quellenspannung enthält. Eine Freilaufdiode DA, wie sie zur Übernahme des Drossel­ stromes bei offenem Zerhacker benötigt wird, ist in Fig. 1 der besseren Übersicht wegen nicht, jedoch an gleicher Stelle in Fig. 2 eingezeichnet. Die Stromquelle wird über ein Filter aus einem Gleichspannungsnetz direkt oder über einen gesteuerten Gleichrichter aus einem Wechselspannungs­ netz versorgt, die ebenfalls nicht dargestellt sind.

Für die Vorladung wird eine Gleichspannungsquelle GL ver­ wendet, die am Ausgang eine bestimmte Gleichspannung U _o abgibt. Die Kommutierungskondensatoren C 1, . . ., C 6 sind über Vorladungswiderstände R 1, R 2, R 11, . . ., R 23 und Vor­ ladungsdioden D 1, D 2, D 11 . . ., D 23, die eine Entkopplungs­ funktion haben, mit dem Ausgang der Gleichspannungsquelle GL verbunden. Während nach dem Stand der Technik die Vorla­ dungswiderstände R 1 und R 2 zu keinem Zeitpunkt kurzgeschlos­ sen werden können, sind gemäß Fig. 1 zur zeitweisen Über­ brückung von R 1 und R 2 Überbrückungsschalter S 1 und S 2 vorgesehen, die unabhängig voneinander angesteuert werden können.

Werden nach dem bekannten Verfahren beispielsweise die Wechselrichterthyristoren TW 1 und TW 2 zum Vorladen der Kommutierungskondensatoren C 1, C 5 und C 2, C 6 gezündet, bilden die Vorladungswiderstände R 1 und R 11 für die obere Kommutierungsgruppe, sowie R 2 und R 21 für die untere Kommu­ tierungsgruppe je einen Spannungsteiler, der nach Maßgabe des Teilungsverhältnisses die aufgezählten Kondensatoren auflädt. Die Werte der Vorladungswiderstände R 1, R 2, R 11, . . ., R 23 sind üblicherweise gleich groß. Daher beträgt die Kondensatorspannung nach Beendigung des Aufladevorgan­ ges, wie er nach dem Stand der Technik abläuft, U _o /2. Dies ist aber zugleich auch die maximal erreichbare Spannung, weil jede Veränderung der Teilverhältnisse zu höheren Span­ nungen hin durch den Stromnebenschluß über die Wechsel­ richterdioden DW 1 und DW 2 sowie die dazwischengeschaltete Last des Verbrauchers M kompensiert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht nun von dieser, in bekannter Weise erreichten Kondensatorspannung U _o /2 aus und überbrückt in einem ersten Schritt den Vorladungswider­ stand R 1 mit Hilfe des Überbrückungsschalters S 1; während der andere Überbrückungsschalter geöffnet bleibt. Gleich­ zeitig werden wiederum die Wechselrichterthyristoren TW 1 und TW 2 gezündet. Dadurch fällt die volle Gleichspannung U _o an dem verbleibenden Widerstand R 11 ab, so daß die Kondensatoren C 1 und C 5 nach kurzer Zeit ebenfalls die volle Gleichspannung U _o erreichen.

Ist dieser Aufladevorgang des ersten Schrittes abgeschlos­ sen, wird der Überbrückungsschalter S 1 wieder geöffnet. In einem nachfolgenden zweiten Schritt wird nunmehr der Vorladungswiderstand R 2 durch Betätigen des Überbrückungs­ schalters S 2 kurzgeschlossen. Den Verhältnissen und Abläu­ fen im ersten Schritt entsprechend, fällt die volle Gleich­ spannung U _o jetzt am Widerstand R 21 ab und lädt die Konden­ satoren C 2 und C 6 auf. Nach Beendigung dieses weiteren Aufladevorganges wird schließlich auch der Überbrückungs­ schalter S 2 wieder geöffnet. Insgesamt sind zu diesem Zeit­ punkt die Kommutierungskondensatoren C 1, C 5 und C 2, C 6 auf U _o aufgeladen und haben dadurch ihre volle Kommutierungs­ fähigkeit erreicht, wenn anschließend der Wechselrichter­ betrieb mit dem Schließen von Zerhacker Z und Fahrschalter FS, die bislang geöffnet waren, und der erneuten Zündung der Wechselrichterthyristoren TW 1 und TW 2 beginnt.

Der Kern der Erfindung besteht also darin, daß durch die Hinzunahme der beiden unabhängig angesteuerten Überbrückungs­ schalter S 1 und S 2 die Vorladungsvorgänge in der unteren und oberen Kommutierungsgruppe des Wechselrichters zumindest teilweise entkoppelt werden und dadurch in einfacher Weise eine Verdopplung der vorgeladenen Kondensatorspannung mög­ lich ist.

Gemäß einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Gleichspannungs­ quelle GL das Gleichspannungsnetz selbst verwendet. Dann reduziert sich der schaltungstechnische Aufwand für die Vorladung erheblich, weil keine externe Spannungsquelle benötigt wird. Darüber hinaus können in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung als Überbrückungs­ schalter S 1 und S 2 der Vorladungswiderstände R 1 und R 2 der Zerhacker Z und der Fahrschalter FS eingesetzt werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. In diesem Fall unter­ scheiden sich der Vorgang der Vorladung und der normale Wechselrichterbetrieb ausschließlich im zeitlichen Ab­ lauf der Zündimpulsfolge für die verschiedenen steuerbaren Schalter und Thyristoren, so daß die Vorladung mit einem speziellen Zündimpulsprogramm ohne weitere Schaltungsän­ derung im Sinne der Erfindung optimiert werden kann.

Der Zerhacker ist üblicherweise zur Erreichung genügend hoher Schaltfrequenzen als elektronische, mit Thyristoren bestückte Chopperschaltung ausgeführt, wie sie z. B. aus der Druckschrift Brown Boveri Mitteilungen, Bd. 10, (1970), S. 419-428 bekannt ist. Besonders vorteilhaft für die Vorladung ist jedoch die Verwendung einer Chopperschaltung mit rückwärts leitenden Thyristoren RLT 1 und RLT 2 in antiparalleler Anord­ nung und einem Löschkreis mit einer Umschwinginduktivität LU und einem Umschwingkondensator CU, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Da der Zerhacker Z als Überbrückungs­ schalter S 1 zur Überbrückung des Vorladungswiderstandes R 1 im ersten Schritt der Vorladung benutzt wird, wird er, wie bereits beschrieben, nach dem ersten Schritt wieder geöffnet. Daher muß der Zerhacker Z zu diesem Zeitpunkt bereits seine Löschbereitschaft erreicht haben. Die Lösch­ bereitschaft ist dann gegeben, wenn der Umschwing- oder Löschkondensator CU hinreichend aufgeladen ist. Dies ist in der Schaltung gemäß Fig. 3 bereits hinreichend gewähr­ leistet, wenn bei gesperrtem Hauptthyristor RLT 1, d. h. offenem Zerhacker Z, die Kommutierungskondensatoren C 1, C 5 und C 2, C 6 durch Zündung der Wechselrichterthyristoren TW 1 und TW 2 auf ihre Ausgangsspannung U _o /2 aufgeladen wer­ den. Zugleich mit den Kommutierungskondensatoren wird näm­ lich auch der Umschwingkondensator CU auf U _o /2 aufgeladen und kann dann, nach dem ersten Vorladungsschritt, durch Zündung des Löschthyristors RLT 2 in einem Umschwingvorgang eine sogenannte "weiche" Löschung des Zerhackers hervor­ rufen.

Insgesamt läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kommutierungsfähigkeit bei einem stromgeführten Wechsel­ richter mit Phasenfolgelöschung mit geringem Aufwand ver­ bessern.

Claims (4)

1. Verfahren zur Vorladung von Kommutierungskondensatoren in einem Wechselrichter mit Phasenfolgelöschung, der aus einem Gleichspannungsnetz mit einem eingeprägten Strom über einen Zerhacker (Z) und einen Fahrschalter (FS) versorgt wird, bei welchem Verfahren die Kommutie­ rungskondensatoren (C 1, . . ., C 6) vor Beginn des Wechsel­ richterbetriebs zunächst aus einer Gleichspannungsquelle (GL) mit einer Gleichspannung (U _o ) über Vorladungswi­ derstände (R 1, R 2, R 11, . . ., R 23) und Vorladungsdioden (D 1, D 2, D 11, . . ., D 23) auf einen Bruchteil der Gleich­ spannung (U _o ) vorgeladen werden, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend in zeitlicher Abfolge ein erster und zweiter Vorladungswiderstand (R 1, R 2) durch einen ersten und zweiten Überbrückungsschalter (S 1, S 2) über­ brückt und die Kommutierungskondensatoren (C 1, . . ., C 6) auf die volle Gleichspannung (U _o ) aufgeladen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichspannungsquelle (GL) das Gleichspannungsnetz selbst verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Überbrückungsschalter (S 1, S 2) der Zerhacker (Z) und der Fahrschalter (FS) verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Zerhacker (Z) eine Chopperschaltung mit rückwärts leitenden Thyristoren (RLT 1, RLT 2) in antiparalleler Anordnung verwendet wird.