DE3301632A1 - Umrichter - Google Patents
UmrichterInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ο _ Unser Zeichen
BERLIN und MÜNCHEN ' VPA 83 P 1 0 1 1 DE
Umrichter
Das Hauptpatent (Patentanmeldung P 32 20
301.2) betrifft einen Umrichter gemäß Oberbegriff von
Anspruch 1.
Die synchrone Steuerung des Ladeschalters, abhängig von der Spannung an einem der Schalter des Wechselrichters
gemäß Hauptpatent hat vor allem den großen Vorteil, daß sich der Betriebszustand des Hochsetzstellers automatisch
nach dem des Wechselrichters richtet: Wird dieser beispielsweise bei einer Störung des an ihn angeschlossenen
Verbrauchers abgeschaltet, so hört automatisch auch der Hochsetzsteller auf zu arbeiten und es wird kein Energie
mehr in den Wechselrichter gepumpt. Umgekehrt startet der Hochsetzsteller automatisch mit dem Anschwingen des
Wechselrichters.
Da beim Gegenstand des Hauptpatentes die Stromflußdauer
über den Ladeschalter auch von der Spannung an dem Ladekondensator abhängig ist, ändert sich automatisch die vom
Hochsetzsteller gelieferte Leistung, wenn die Ausgangsspannung des Wechselrichters, beispielsweise zur Veränderung
der Lampenleistung, variiert wird. Zur Änderung der Lampenleistung genügt es somit, in den Wechselrichter
einzugreifen, beispielsweise dessen Betriebsfrequenz oder
- bei konstanter Betriebsfrequenz - die Durchsteuerzeiten der Schalter des Wechselrichters zu verändern.
Schließlich ist der Umrichter ohne jede Umschaltung auch
mit Gleichspannung betreibbar, wobei alle aufgezählten Vorteile bestehen bleiben.
Ba 1 Sur / 30.12.1982
- ^- Lf- VPA 83 P ί 0 1 1
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand an
Bauelementen noch weiter zu verringern. Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur
näher erläutert:
Ein Gleichrichter G in Zweiwegschaltung ist eingangsseitig über ein nicht dargestelltes Filter an ein Wechsel-Spannungsnetz
(220 Volt / 50 Hertz) angeschlossen und speist ausgangsseitig über eine Ladedrossel L und eine
Ladediode D einen Ladekondensator C. Parallel zu diesem ist die Reihenschaltung aus zwei abwechselnd durchschaltenden
Transistoren eines Wechselrichters angeschlossen; der der Ladediode D benachbarte Transistor T3 wird im
folgenden als Sekundärtransistor und der andere Transistor T1 als Primärtransistor bezeichnet. Parallel zu dem
Sekundärtransistor T3 liegt ein Lastzweig mit einer Entladungslampe E, einem Serienresonanzkreis C2, L2, einem
Umschwingkondensator C1 und der Primärwicklung L30 eines
Sättigungstransformators Tr in Reihenschaltung, wobei der Kondensator C2 des Serienresonanzkreises zwischen den
beiden vorheizbaren Elektroden der Entladungslampe E liegt, die mit einer Elektrode direkt an den Ladekondensator
C angeschlossen ist.
Der Sättigungstransformator Tr weist zwei Sekundärwicklungen L31, L32 sowie eine Überwachungswicklung L33 auf;
die Sekundärwicklungen L31, L32 sind derart in die Steuerkreise von Primär- und Sekundärtransistor T1, T3 geschaltet,
daß diese jeweils während der Ummagnetisierungszeit des Sättigungstransformators abwechselnd durchgesteuert
werden. Hierbei ist der Sättigungstransformator so bemessen, daß die durch ihn bestimmte Betriebsfrequenz
des Wechselrichters etwas über der Resonanzfrequenz des
-jf- S- VPA 83 P 1 P 1 1 OE
Serienresonanzkreises liegt: Dadurch entstehen Lücken zwischen aufeinanderfolgenden Durchsteuerimpulsen, so daß
ein gleichzeitiges Leiten von Primär- und Sekundärtansistor und damit ein Kurzschluß der Spannung an dem Ladekondensator
C ausgeschlossen ist. Für die Stroraführung
während der gleichzeitigen Sperrung beider Transistoren sind Rückstroradioden D1, D2 parallel zu jedem der Transistoren
vorgesehen. Während der Durchschaltzeit des Primärtransistors
T1 liegt die Spannung des Ladekondensators C an dem Lastzweig und führt zu einer Aufladung des Umschwingkondensators
C1 mit der in der Figur angegebenen Polarität. Nach dem Sperren von T1 fließt der Strom über
den Lastzweig, getrieben durch die Drossel L2 des Serienresonanzkreises, über die Rückstromdiode D2 weiter, bis
T3 durchschaltet: Dann entlädt sich der Umschwingkondensator C1 über T3 und den Lastzweig, bis T3 wieder sperrt.
Danach fließt der Laststrom in der gleichen Richtung über
den Ladekondensator C und Rückstromdiode D1 bis zur erneuten Durchschaltung von T1 weiter.
Der Hochsetzsteller links der strichpunktierten Linie arbeitet
mit einem Leistungs-MOS-Transistors T2.1, dessen Ansteuerung wesentlich vereinfacht ist: Seine Steuerelektrode
liegt nämlich über einen Widerstand an einem Kondensator C5, der in Reihe mit einem Kondensator C7 einen
Spannungsteiler parallel zu dem Primärtransistor TI des Wechselrichters bildet. Die Spannung an C5 ist durch eine
Zenerdiode Dö begrenzt. Dieser Spannungsteiler, und insbesondere C7, ist so bemessen, daß der beim Sperren von
Primärtransistor T1 über C7 fließende Strom ausreicht, um sowohl C5 als auch die Kapazität der Steuerstrecke des
Transistors T2.1 schnell aufzuladen und dadurch T2.1 durchzusteuern. Dieser Leistungstransistor bleibt dann
durchgesteuert, bis seine Steuerspannung entfällt. Dies ist spätestens der Fall, wenn der Primärtransistor T1
wieder leitend ist, da sich dann die Kapazität der Steuerstrecke
von T2.1 über C7 und T1 entlädt.
In der Regel wird jedoch T2.1 früher sperren, nämlich
wenn Transistor T8, der dem Kondensator C5 parallel liegt, durchsteuert und dieser Transistor die Kapazität der
Steuerstrecke von T2.1 entlädt. Dies ist dann der Fall, wenn die Spannung an einem Verzögerungskondensator C6 einen
durch eine Zenerdiode D3 gegebenen Grenzwert erreicht hat.
Die Aufladung von C6 ist abhängig von der Spannung am
Ladekondensator C, dem der Verzögerungskondensator C6
über einen Widerstand R62 parallel geschaltet ist. Diesem
Widerstand liegt ferner die Reihenschaltung eines Kondensators C4 und eines Widerstandes R1 parallel: Auf diese
Weise ist die Aufladung von C6 auch von der Wechselspannungskomponente der Spannung an dem Ladekondensator C
abhängig.
Die zusätzliche Aufladung von C6 über C4 und R1 führt zu
einer Verkürzung der Stromflußzeit des Transistors T2.1 bei zunehmender Amplitude der Halbwellenspannung des
Gleichrichters G und damit zu einer besseren Sinusform des Netzstromes. Noch bessere Ergebnisse in dieser Hinsicht
lassen sich erzielen, wenn C6 wechselspannungsmäßig nicht an den Ladekondensator C, sondern über einen Widerstand
R1' an einen - gestrichelt gezeichneten - Spannungsteiler
mit den Kondensatoren CV und C1 angeschlossen
wird, der parallel zu dem Gleichrichter G liegt. Dabei .kann der Ladekondensator C auch in diesen Spannungsteiler
einbezogen, C also an den positiven Anschluß von C angeschlossen sein: Dadurch reduziert sich der Aufwand
für den Spannungsteiler. Dieser ist so bemessen, daß er
im wesentlichen nur bei der doppelten Frequenz der Netz-
VPA 83 P 1 0 1 1 DE
spannung wirksam ist und für höherfrequente Störspannungen,
wie sie auch der Hochsetzsteller selbst erzeugt, im wesentlichen einen Kurzschluß darstellt. Das gilt unabhängig
von der in Anspruch 1 gekennzeichneten Art des Hochsetzstellers.
Der Verzögerungskondensator C6 liegt ferner über eine Diode D8 parallel zu dem Primärtransistor T1: Er wird somit
stets entladen, wenn T1 leitend ist und beginnt mit der Aufladung im Augenblick, da T1 sperrt, d.h. also auch
gleichzeitig mit dem Durchsteuern von T2.1.
Somit wird T2.1 synchron zu dem Wechselrichter gesteuert, wobei seine Stromflußzeit von der Aufladung des Verzögerungskondensators
abhängt.
Der Umschwingwechselrichter und damit zugleich der Hochsetzsteller
beginnen erst zu arbeiten, wenn die Spannung an einem Startkondensator C8 einen solchen Wert erreicht
hat, daß seine Energie über eine Trigger-Diode D13 auf die Steuerstrecke des Primärtransistors T1 geschaltet
wird und dieser damit durchschaltet. Der Zündkondensator C8 liegt hierzu einerseits über Widerstände R2, R4 und
eine Elektrode der Lampe E an dem Ladekondensator C und andererseits über eine Diode D10 parallel zur Schaltstrecke
des Primärtransistors T1: Nach dem Anlegen der Netzwechsel spannung an den Gleichrichter lädt sich der
Ladekondensator C über Ladedrossel und Ladediode und damit auch der Zündkondensator C8 auf, bis der Primärtransistor
T1 durchgezündet wird; dann wird zugleich der Zündkondensator über D10 wieder entladen, so daß diese '
Startschaltung während des periodischen Schwingens des Wechselrichters nicht mehr eingreifen kann.
Beim Betrieb des Umrichters mit einer Entladungslampe E ist für eine Abschaltung des Umrichters zu sorgen, wenn
die Entladungslampe dauernd startunwillig ist, also es
- 2 ~
- /-
VPA 83 P 1 0 1 1 DE
nur zu wiederholten, erfolglosen Startversuchen kommt. Zu
diesem Zweck ist ein Stop-Thyristor T4 vorgesehen, dem
eine Überwachungswicklung L33 des Sättigungstransformators Tr über Dioden D11, D12 und der Zündkondensator C8 über
R2 parallel geschaltet ist und der seinen Haltestrom über
die dem Ladekondensator C benachbarte Elektrode der Entladungslampe und einen Vorwiderstand R4 erhält.
An die Überwachungswicklung L33 ist über die Diode D11
auch ein RC-Glied R3, C9 in Parallelschaltung angeschlossen, das wiederum über eine Trigger-Diode D14 der Steuerstrecke
des Stop-Thyristors T4 parallel liegt. Die Funktion und Bemessung dieser Schaltung basiert auf der Tatsache,
daß die Amplitude des über den Lastzweig mit der Entladungslampe fließende und von der Überwachungswicklung
L33 erfaßte Strom bei ungezündeter Lampe (Resonanzfall) wesentlich größer ist als bei gezündeter Lampe (gedämpfter
Resonanzkreis): Nach einer durch die Bemessung vorgebbaren Anzahl vergeblicher Startversuche hat sich C9
soweit aufgeladen, daß der Stop-Thyristor T4 über die Trigger-Diode D14 durchzündet und die Überwachungswicklung
L33 kurzschließt. Damit entfallen die Steuerspannungen für die Transistoren des Wechselrichters und der Betrieb''
des Wechselrichters ist unterbrochen. Zu einer solchen Abschaltung führen jedoch weder die normalen Zündversuche
noch der normale Lampenstrom, da hierbei die Spannung an C9 nicht den zur Durchsteuerung der Trigger-Diode
D14 erforderlichen Wert erreicht.
Wegen der Synchronsteuerung des Hochsetzstellers abhängig
von der Rechteckspannung an den Schaltern des Wechselrichters, wird der Hochsetzsteller automatisch mit dem
Wechselrichter ab- und mit Start des Wechselrichters wieder eingeschaltet.
-/-J VPA 83 P 1 0 1 1 DE
Der Wechselrichter bleibt abgeschaltet, bis der Haltestrom
des Stop Thyristors T4 unterbrochen und dieser daher wieder in den Sperrzustand übergehen kann. Hierzu
kann beispielsweise die Netzwechsel spannung abgeschaltet werden. Sehr häufig ist jedoch eine Abschaltung das Resultat
einer schadhaften Lampe, die ohne Abschaltung der Netzspannung gewechselt wird. Da der Haltestromkreis über
eine Elektrode der Lampe geführt ist, wird der Haltestrom
auch beim Lampenwechsel automatisch unterbrochen, so daß der Umrichter nach dem Einsetzen einer neuen Lampe automatisch
wieder anschwingt.
, '40-
- Leerseite -
Claims (4)
- VPA 83 P 1 0 1 1 DEPatentansprücheMy Umrichter mit einem Hochsetzsteller, der einen über eine Ladediode (D) und eine Ladedrossel (L) an eine Gleichspannungsquelle (G) angeschlossenen Ladekondensator (C) sowie einen Ladeschalter (T2.1) aufweist, der durch einen Steuerteil periodisch mit von einer Steuergröße abhängigem Tastverhältnis (V) geschlossen wird und dadurch die Ladedrossel (L) an die Gleichspannungsquelle (G) schaltet, und mit einem von dem Ladekondensator (C) gespeisten Wechselrichter mit zwei abwechselnd durchgesteuerten Schaltern, nachfolgend als Primärschalter (T1) und Sekundärschalter (T3) bezeichnet, die in Reihenschaltung parallel zu dem Ladekondensator (C) liegen, wobei der Steuerteil für den Ladeschalter durch die Rechteckspannung an einem der Schalter (T1, T3) des Wechselrichters derart synchronisiert ist, daß der Ladeschalter (T2.1) beim Sperren dieses Transistors (T1) geschlossen und nach einer durch die Ladung eines Verzögerungspeichers (Cö) auf einen Ansprechwert bestimmten Zeit (T^) gesperrt wird, und wobei der Entladekreis des Verzögerungsspeichers (C6) über denselben Transistor (TI) des Wechselrichters geführt ist, nach Patent (PatentanmeldungP 32 20 301.2), dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeschalter ein Leistungs-MOS-Transistor (T2.1) ist, dessen Steuerstrecke parallel zu einem steuerbaren Schalter (T8) und einem Kondensator (C5) liegt, daß dieser Kondensator (C5) zusammen mit einem weiteren Kondensator (C7) einen Spannungsteiler bildet, der parallel zu dem Transistor (TI) des Wechselrichters liegt, der auch im Entladekreis des Verzögerungsspeichers (C6) angeordnet ist, und daß der steuerbare Schalter (T8) über ein Schwellwertglied (D3) in die Schließstellung gesteuert wird.
- 2. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Spannungsteiler (C5, C7) zur Ansteuerung des MOS-Leistungstransistors (T2.1) so bemessen ist/ daß eine ausreichend schnelle Aufladung der Kapazität der Steuerstrecke des MOS-Transistors gewährleistet ist.
- 3. Umrichter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gleichspannungsquelle (G) ein von einem Wechselspannungsnetz gespeister Gleichrichter ist, der eine ungeglättete Halbwell enspannung liefert, und wobei das Tastverhältnis von der Spannung am Ladekondensator (C) und - zur Erzeugung eines sinusförmigen Netzstromes - von einer von der Halbwell enspannung des Gleichrichters (G) abgeleiteten Korrekturgröße abhängig ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Verzögerungsspeicher (C6) über einen Widerstand (R11) parallel zu einem Kondensator (C) liegt, der zusammen mit einem weiteren Kondensator (C4f) einen Spannungsteiler bildet, der parallel zu dem Gleichrichter (G) liegt und so bemessen ist, daß er im wesentlichen bei der zweifachen Frequenz der den Gleichrichter speisenden Wechselspannung wirksam ist und für höherfrequente Störspannungen einen Kurzschluß darstellt.
- 4. Umrichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Ladekondensator (C) in dem Spannungsteiler liegt.
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Legal Events
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