DE3425324A1

DE3425324A1 - Umrichter mit ausgangsseitiger kapazitiver spannungstransformation

Info

Publication number: DE3425324A1
Application number: DE19843425324
Authority: DE
Inventors: Hans Georg Dipl.-Ing. 5632 Wermelskirchen Matthes; Hasso Dipl.-Ing. 5630 Remscheid Wittenbecher
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1984-07-10
Filing date: 1984-07-10
Publication date: 1986-01-23

Description

Umrichter mit ausgangsseitiger
kapazitiver Spannungstransformation Die Erfindung bezieht sich auf einen Umrichter, bestehend aus einem Gleichrichter und einem Wechselrichter mit in Brückenschaltung angeordneten Thyristoren, die durch eine Iiöschzeitregeleinrichtung in den beiden Diagonalen abwechselnd eingeschaltet werden, und einem als Parallel-Schwingkreis ausgebildeten Lastkreis, der über einaikapazitiven Spannungs trans formator aus dem Wechselrichter Strom erhält.
Für verschiedene Anwendungen, z.B. für das induktive Schmelzen, liefern Umrichter nicht ohne weiteres eine ausreichend hohe Mittelfrequenzspannung. Um die vom Wechselrichter gelieferte Frequenzspannung zu vergrößern, könnte ein indutiver Transformator eingesetzt werden. Abgesehen von dem damit verbundenen hohen Aufwand bringt ein solcher Transformator nicht unerhebliche Verluste mit sich. Deshalb ist man bei Umrichtern dazu übergegangen, die Spannung mittels eines kapazitiven Transformators hoch zu tranformieren. Aber auch diese Spannungstransformation ist nicht unproblematisch. Im Betrieb ist es wiederholt zu Störungen und zur Zerstörung der Wechselrichterthyristoren gekommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Umrichter der eingangs genannten Art zu schaffen, der weniger störanfällig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der die Zündimpulse an die Thyristoren in den Brückendiagonalen liefernden Löschzeitregeleinrichtung eine Verzögerungsschaltung zugeordnet ist, die in Abhängigkeit von der Gleichspannung an der Eingangskapazität des kapazitiven Spannungstransformators die Zündimpulse für mindestens eine Brückendiagonale zeitlich derart gegenüber den Zündimpulsen für die andere Brückendiagonale verschiebt, daß aufgrund der unterschiedlichen Stromflußwinkel in den beiden Brückendiagonalen die Gleichspannung abgebaut bzw. auf einem unkritischen kleinen Wert gehalten wird.
Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Störungen im Betrieb des Umrichters und Zerstörungen der Wechselrichterthyristoren auf ungleiche Löschzeiten der Wechselrichterthyristoren in den beiden Diagonalen zurückzuführen sind. Zu diesen ungleichen Löschzeiten kommt es, weil wegen der Welligkeit der am Wechselrichter anliegenden Gleichspannung die Aufladung des ausgangsseitigen Kondensators durch den über die eine Diagonale fließenden Strom größer als den durch die andere Diagonale fließenden Strom ist. Durch die Erfindung wird nun die unterschiedliche Stromstärke in den normalerweise gleich langen stromführenden Phasen der beiden Diagonalen dadurch ausgeglichen, daß die stromführende Phase in der einen Diagonalen länger als in der anderen Diagonalen ist.
Um die Gleichspannung an der Eingangskanazit.it zu erfassen, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Nach einer ersten Alternativen läßt sich die Spannung mittels einer ohmschen Spannungsteilerkette erfassen. Bevorzugt wird jedoch die andere Alternative, bei der die Gleichspannung nicht unmittelbar, sondern mittelbar erfaßt wird. Diese Alternative ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Löschzeitmeßeinrichtung für beide Brückendiagonalen und eine Vergleichseinrichtung für die Istwerte der Löschzeiten der beiden Brückendiagonalen vorgesehen sind, und daß der Verzögerungsschaltung als Stellgröße die Istwertdifferenz zugeführt wird. Eine dafür besonders geeignete Löschzeitmeßeinrichtung ist aus der Europäischen Offenlegungsschrift 0109522 bekannt.
Um über den unterschiedlichen großen Stromflußwinkel in den einzelnen Diagonalen zur gleichen Aufladung der Eingangskapazität des kapazitiven Spannungs transformators über die beiden Diagonalen zu kommen, könnten je nach Polarität der Spannung an der Eingangskapazität entweder die Zündimpulse der einen Diagonalen oder der anderen Diagonalen verzögert zur Ansteuerung an die Thyristoren geliefert werden. Bevorzugt wird jedoch die Alternative, daß die Verzögerungseinrichtung sowohl die Zündimpulse für die eine Brückendiagonale als auch die Zündimpulse für die andere Brückendiagonale um dieselbe Zeit verzögert und nur die Zündimpulse der einen Brückendiagonalen in Abhängigkeit von der Gleichspannung bzw. der Löschzeitdifferenz gegenüber dieser Verzögerung zeitlich verschiebt.
Diese Alternative wird deshalb bevorzugt, weil dann nur noch die Zündimpulse für eine Brückendiagonale zeitlich, sei es früher, sei es später, gegenüber der festen Verzögerung verschoben zu werden brauchen. Da die feste Verzögerung für beide Brückendiagonalen gleich ist, ergibt sich für den Betrieb des Wechselrichters einen Unterschied gegenüber unverzögerten Zündimpulsen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Schaltung für einen Umrichter näher erläutert.
Der dargestellte Parallelschwingkreisumrichter besteht aus einem von einem Drehstromnetz gespeisten Gleichrichter 1, dem ein Strom- und Spannungsregler 2 zugeordnet ist, einer Glättungsdrossel 3 und einem Wechselrichter 4. Sowohl der Gleichrichter 1 als auch der Wechselrichter 4 sind thyristorisiert.
Ein als Parallelschwingkreis ausgebildeter Lastkreis 5 ist an der Brückenschaltung des Wechselrichters 4 derart angeschlossen, daß der Lastkreis 5 wechselweise von den Diagonalen des Wechselrichters 4 mit Strom versorgt wird.
Die den Zündelektroden der Thyristoren des WechXselrichters 4 zugeführten, die UmkonSnutierung einleitenden Zündimpulse werden von einem Zündimpulsgenerator 6 geliefert, der von einer Löschzeitregeleinrichtung 7 eingestellt wird.
Der Zündimpulsgenerator umfaßt einen Oszillator, der Impulse mit der Frequenz 2f liefert, und ein Untersetzer, der an den einen Ausgang Impulse mit der Frequenz f und der Phase 0 und an dm anderen Ausgang Impulse mit der Frequenz f und der Phasenwinkel 1800 liefert. Der in den Lastkreis 5 fließende trazepförmige Strom wird iiber einen Stromwandler 8 einem Diskriminator 9 zugeführt, der beim Nulldurchgang des Stromes einen Steuerimpuis an eine Löschzeitmeßeinrichtung 11 liefert. Mittels eines weiteren Diskriminators 10, der am Lastkreis 5 angeschlossen ist, wird der Spannungsnulldurchgang der sinusförmigen Spannung ermittelt und beim Nulldurchgang ein Steuersignal an die Löschzeitmeßeinrichtung 11 geliefert. Außerdem erhält die Löschzeitmeßeinrichtung 11 gleichzeitig mit den an die Thyristoren der beiden Diagonalen gelieferten Zündimpulsen ein Startsignal. Die von der Löschzeitmeßeinrichtung 11 ermittelte Löschzeit wird als Istzeit an die töschzeitregel einrichtung 7 geliefert, die nach einem Vergleich mit einem zugeführten Sollwert ein Stellsignal an den Zündimpulsgenerator 6 für Zündimpulse mit einer der Eigenfrequenz des Parallelschwingkreises 7 entsprechenden Frequenz. Mit der soweit beschriebenen aus der Europäischen Offenlegungsschrift 0109522 bekannten Schaltung ist es möglich, die Löschzeit sehr exakt zu erfassen und deshalb den Wechselrichter in einem Zustand zu betrieben, in dem die Löschzeit nur wenig von der Mindestlöschzeit abweicht.
Während bei der bekannten Löschzeitmeßeinrichtung die Löschzeit für die beiden Diagonalen undifferenziert für die Erzeugung der Zündimpulse an die Thyristoren der beiden Diagonalen verwendet wurden, werden bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Lösch.zeiten für die beiden Diagonalen den Diagonalen zugeordnet behandelt Für diesen Zweck erhält die Löschzeitmeßeinrichtung 11 über die Leitung 12a einen Startimpuls, wenn an die Thyristoren der Diagonalen a Zündimpulse geliefert werden, und über die Leitung 12b einen Startimpuls, wenn an die Thyristoren der Diagonalen b Zündimpulse geliefert werden. In Abhängigkeit von diesen beiden Startimpulsen liefert die Löschzeitmeßeinrichtung an eine Vergleichseinrichtung 13 über eine Leitung 14a ein Signal für die gemessene Löschzeit der Diagonalen, wenn sie über das Signal der Leitung 12a gestartet istyund über die Leitung 14b ein Signal für die Löschzeit der Diagonalen b, wenn sie von einem Signal über die Leitung 12b gestartet ist.
Die Vergleichseinrichtung 13 bewertet das Löschungszeitsignal der Diagonalen a als Sollwert und das Löschungszeitsignal der Diagonalen b als veränderbarer Istwert.
Folglich liefert die Vergleichsreinrichtung 13 bei Abweichung des Löschzeitsignals für Diagonalen b von dem Löschungszeitsignal für die Diagonalen a ein Stellsignal an eine dem Impulsgenerator 6 nachgeschaltete Verzögerungseinrichtung 15b für die Zündimpulse an die Thyristoren der Diagonalen b. Die Verzögerungseinrichtung 15b ist so eingerichtet, daß sie die vom Zündimpulsgenerator für die Diagonale b gelieferten Zündimpulse um eine bestimmte Zeit T verzögert. Gegenüber dieser festen Verzögerungszeit T können die Zündimpulse in Abhängigkeit von dem Stellsignal in beide zeitliche Richtungen verschoben werden. Diese feste Verzögerungszeit T für die Zündimpulse an die Thyristoren der Diagonalen b macht es erforderlich, daß auch die Zündimpulse an die Thyristoren der Diagonalen a um dieselbe Zeit T verzögert werden.
Deshalb ist für die Zündimpulse an die Thyristoren der Diagonalen a dem Impulsgenerator 6 eine Verzögerungseinrichtung 15a mit der festen Verzögerungszeit T nachgeordnet.
Mit der erfindungsgemäßen Schaltung wird neben der üblichen Löschzeitregelung über den Stromflußwinkel auch der bei Stromfluß im Sinne einer symmetrischen Belastung der Diagonalen geregelt, so daß sich auch beim Einsatz einer kapazitiven Spannungstransormation keine Störungen wegen zu kleiner Löschzeiten in der einen oder anderen Diagonalen ergeben können.

Claims

Ansprüche: Umrichter, bestehend aus einem Gleichrichter und einem Wechselrichter mit in Brückenschaltung angeordneten Thyristoren, die durch eine Löschzeitregeleinrichtung in den beiden Diagonalen abwechselnd eingeschaltet werden, und einem als Parallelschwingkreis ausgebildeten Lastkreis, der über einen kapazitiven Spannung transformator aus dem Wechselrichter Strom erhält, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der die Zündimpulse an die Thyristoren in den Brückendiagonalen des Wechselrichters (4) liefernden Löschzeitregeleinrichtung (6,11) eine Verzögerungsschaltuna (15a, 15b) zugeordnet ist, die in Abhängigkeit von der Cileichspannung an der Eingangskapazität WE)des kapazitiven Spannungstransformators (CE, CT)die Zündimpulse für mindestens eine Brückendiagonale(b)zeitlich derart gegenüber den Zündimpulsen für die andere Brückendiagonale(a)verschiebt, daß aufgrund der unterschiedlichen Stromflußwinkel in den beiden Brückendiagonalen(a,b)die Gleichspannung abgebaut bzw. auf einem unkritisch kleinen Wert gehalten wird.
2. Umrichter nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, daß zur mittelbaren Erfassung der Gleich spannung eine Löschzeitmeßeinrichtung (11) und eine Vergleichseinrichtung (13) für die Istwerte der Löschzeiten der beiden Brückendiagonalen (a,b) vorgesehen sind, und daß der Verzögerungsschaltung (15a,15b) als Stellgröße die Istwertdifferenz zugeführt wird.
3. Umrichter nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verzögerungsschaltung (15a,15b) sowohl die Zündimpulse für die eine Brückendiagonale (a) als auch die Zündimpulse für die andere Brückendiagonale(b)um dieselbe Zeit verzögert und nur die Zündimpulse einer Brückendiagonalen(b)in Abhängigkeit von der Gleichspannung bzw. der Löschzeitdifferenz gegenüber dieser Verzögerung zeitlich verschiebt.