DE2056847A1

DE2056847A1 - Inverterschaltung

Info

Publication number: DE2056847A1
Application number: DE19702056847
Authority: DE
Inventors: Robert Henry Kings Cross London R Eastop
Original assignee: Westinghouse Brake and Signal Co Ltd
Current assignee: Siemens Mobility Ltd
Priority date: 1969-11-26
Filing date: 1970-11-19
Publication date: 1971-06-03
Also published as: US3657634A; CH554612A; SE364825B; AT315964B; GB1295840A; FR2072360A5

Description

PATENTANWXLTE

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN 2056847

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÜNCHEN HAMBURG

TELEFON: 395314 2000 HAMB U RG 50, J 7· 11« 70

TELEGRAMME: KARPATENT KDN IGSTRASSE 28

W. 24 428/70 12/Fl

Westinghouae Brake and Signal Company Limited London (England)

Inverterschaltung

Die -B_rfindung bezieht sich auf Inverterschaltungen und insbesondere auf Inverterschaltungen, bei denen Strom aus einer Gleichstromquelle alternativ über steuerbare Gleichrichtervorrichtungen zu einer Last geschaltet wird, die in Resonanz arbeitet oder einen Teil eines Resonanzkreises bildet, wobei die steuerbaren Gleichrichtervorrichtungen gewöhnlich in den nicht-leitenden Zustand durch eine Eückwärtsvorspannung geschaltet werden können, die von der in Resonanz befindlichen Last oder einer zu ihr parallelen Kapazitanz geliefert wird.

Bei Mittelfrequenzinvertern, die zum Spatien von Lasten, wie Induktionshe^izeinrichtungen, bestimmt sind, haben sich Probleme beim Inbetriebsetzen der Inverter zufolge der Tatsache ergeben, daß solche Inverter oftmals selbsterregend sind und beim Anschalten bei Nicht-Vorhandensein von Mitteln zum Überwinden des Problems eine Laststromoszillation hervorgerufen wird,der Größe nicht ausreicht, um die Triggerkreise zum Triggern der

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steuerbaren Gleichrichtervorrichtungen zu betätigen, und es wird eine unzureichende Spannung an der ^apazitanz in dem Lastatromkreis erzeugt, um anfänglich leitende Vorrichtungen nicht-leitend zu machen.

Gemäß der Erfindung ist eine Inverterschaltung vorgesehen, die erste und zweite steuerbare Hauptgleichrichtervorrichtungen aufweist, welche zwischen Gleichstromspeiseanschlüsse und Lastanschlüsse zur Verbindung mit einem Laststromkreis geschaltet und so betätigbar sind, daß sie abwechselnd leiten, um Strom in. entgegengesetzten Richtungen über die Lastanschlüsse zuzuführen, wobei das Einleiten des leitenden Zustandes der einen Gleichrichtervorrichtungen im Betrieb bewirkt, daß eine vorspannende Spannung aus einem Laststromkreis zugeführt wird, um die !Commutation der anderen Gleichrichtervorrichtungen in den nicht-leitenden Zustand hervorzurufen, und wobei in einem über die Speiseanschlüsse verlaufenden Pfad ein Hilfskominutationsstromkreis vorgesehen ist, der betätigbar ist, um die !Commutation während einer Anzahl von Perioden nach dem Inbetriebsetzen des Inverters zu unterstützen, in dem er Strom von den steuerbaren Gleichrichtervorrichtungen zu dem Zeitpunkt ableitet, zu welchem die steuerbaren Gleichrichtervorrichtungen in den nicht-leitenden Zustand kommutiert werden sollen.

Der Hilfskommutationsstromkreis kann vorzugsweise eine Spannungsquelle enthalten, die zu dem genannten Zeitpunkt in den über die Speiseanschlüsse verlaufenden Pfad schaltbar ist»

Die Spannungsquelle kann in den Pfad über eine weitere steuerbare Halbleitergleichrichtervorrichtung schaltbar sin , und es kann ein Stromkreis von einer solchen Ausführung vorgesehen sein, daß er das Bestreben hat, nach einer Anzahl von Perioden nach dem Starten zu natürlicher !Commutation zurückzukehren <. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Spannung der in den Hilfskommutationsstrom-

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kreia geschalteten Spannungaquelle progressiv geändert wird»

Stattdessen kann die ^spannungsquelle auch so angeordnet sein, daß sie zufolge des Leitens einer Diode schaltbar ist, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, die zu diesem Zeitpunkt in der Diode einen Stromimpuls erzeugt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist ein Diagramm einer Inverterschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung«

Fig» 2 ieigt einen äquivalenten Stromkreis, auf welchen in Verbindung mit der Beschreibung der Arbeitsweise der Schaltung gemäß Figo 1 Bezug genommen wird ο

Pig. 3 zeigt einen natürlichen Kurzschlußstromimpuls, auf den bei der Beachreibungder Arbeitsweise des äquivalenten Stromkreises gemäß Fig» 2 Bezug genommen wird.

Fig. 4 ist ein Diagramm einer anderen Ausführungsform der Inverterschaltung gemäß der Erfindung» Fig. 5 zeigt einen äquivalenten Stromkreis, auf welchen bei der Beschreibung der Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 4 Bezug genommen wird. Die in Fig. 1 dargestellte Inverterschaltung weist zwei Paare von steuerbaren G-leichrichtervorrichtungen 1, 3 und 2,4 auf, die in Brückenanordnung über eine Grlättdrossel 7 mit Grleichstromquellenanschlüssen 5 verbunden sind. Die bei 5 angeschlossene G-leichstromqöu.lle und die Drossel 7 führen daher Leitungen 13 und 14 einen geglätteten Gleichstrom zu. Die steuerbaren Gfleichrichtervorrichtungen 1, 3 und 2, 4 sind Halbleitervorrichtungen, die in Vorwärtsrichtung leitend gemacht werden können, wenn an sie ein Triggersignal angelegt wird, jedoch können sie nachfolgend nur wieder nicht-leitend gemacht werden, wenn der citrom in ihnen während einer gewissen minimalen Abschaltzeit unter einen vorbestimmten Haltestromwert fällt«

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Die Inverterschaltung speist eine Last 6 durch abwechselndes Triggern der G-leichrichtervorrichtungspaare 1, 3 und 2, 4« Über den Eingang des Inverters sind ein von einer gestrichelten Linie umschlossener Hilfskommutationsstromkreis 8 und ein von einer gestrichelten Linie umschlossener Startstromkreis 9 geschaltet, auf die nachstehend Bezug genommen wird=

Der Hilfskommutationsstromkreis 8 ist von vier steuerbaren G-leichrichtervorrichtungen 81, 82, 83 und gebildet, die alle von der gleichen oben erwähnten allgemeinen Art und in Form einer Brücke geschaltet sind, wobei eine Induktanz 85 und eine mit ihr in Reihe liegende Kapazitanz 86 mit den Wechselstromanschlüssen der Brücke ve: bunden sind. In Reihe mit den G-leichetromanschlüssen der Brücke befindet sich ein Kondensator 87, dessen Kapazität im Vergleich zu derjenigen der Kapazitanz 86 groß ist, und es ist ein Widerstand 88 vorgesehen, durch welchen eine Hilfsgleiehsspannungsquelle 89 mit der angedeuteten Polarität über den Kondensator 87 geschaltet ist.

Der Startstromkreis 9, der ebenfalls über den Eingang des Inverters geschaltet ist, weise eine einzelne steuerbare Gleichrichtervorrichtung 9t auf, die mit einem Kondensator 92, der von einem Ableitwiderstand 93 überbrückt ist, und einer Stromabfühleinrichtung 94 in Reihe geschaltet ist.

Mit Ausnahme der steuerbaren Gleichrichtervorrichtung 91 werden die steuerbaren G-leichrichtervorrichtungen 1, 2, 3, 4 und 81, 82, 83, 84 der Schaltung, um sie in der gewünschten Folge leitend zu machen, von zugehörigen Triggerimpulserzeugern getriggert, die durch die Blöcke und 12 dargestellt sind und die von dem -Ausgang eines Steuerstromüreises 10 gesteuert werden, der über die Last 6 geschaltet und so ausgeführt ist, daß er das Zünden der Invertervorrichtungen derart steuert, daß bewirkt wird,

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daß die .Ausgangsfrequenz des Inverters etwas höher als die Eigenresonanzfrequenz der Last 6 ist. In diesem Fall wird angenommen, daß die Last 6 einerseits die Belastungsspule einer Induktionsheizeinrichtung und andererseits eine ihr parallelgeschaltete Kapazitanz aufweist, welche die Spule auf die geforderte frequenz beispielsweise 3 kHz, abstimmte

Der Ausgang der Stromabfühleinrichtung 94 ist an einen weiteren Impulserzeuger 15 angeschlossen, der eine zweite Einrichtung alternativ zu dem Triggerimpulserzeuger 12 schafft, um die steuerbaren G-leichrichtervorrichtungen 1 und 3 am Beginn des Arbeitens der Schaltung zu triggern. Wenn der Strom in der Abfühleinrichtung 94 einen vorbestimmten Wert erreicht hat, der zum Starten des Inverters geeignet ist, wird an jedem Ausgang des Impulserzeugers 15 ein einzelner !Triggerimpuls erzeugt, um die steuerbaren Gleichrichter^ rrichtungen 1 und 3 in den leitenden Zustand zu triggern.

Bevor die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 erläutert wird, ist es zweckmäßig, die Arbeitsweise der Grundinverterschaltung zu betrachten, die an eine durch die Anschlüsse 5 und die Drossel 7 dargestellte Quelle angeschlossen ist. Der Inverter ist selbsterregend und umfaßt grundsätzlich die vier G-leichrichtervorrichtungen 1, 2, 3 und 4 und die Last 6 mit dem Steuerstromkreis 10, der über die Impulserzeuger 11 und 12 Triggersignale für die G-leichrichtervorrichtungen 1 bis liefert« Jäs wird weiterhin daran erinnert, daß angenommen ist, daß in dem Laststromkreis 6 eine ausreichend große Kapazitanz vorhanden ist, um eine natürliche !Commutation hervorzurufen, wenn ein volles Arbeiten erreicht ist. Mit einem geeigneten iHeuerstromkreia ist ein solcher Inverter selbsterregend, um mit einer Frequenz zu arbeiten, die etwas höher als die Eigenfrequenz der in Beaonanz befindlichen Last ist, und im stationären Zustand des Inverters wird

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das leitende Paar der Gleichrichtervorrichtungen 1 und 3 oder 2 und 4 durch das Vorhandensein der Ladung auf der Lastkapazitanz oder dem der Last parallel-geschalteten Kondensator nicht-leitend gemacht, wenn das entgegengesetzte Paar von Grleichrichtervorrichtungen leitend gemacht wird.

Es besteht ein Problem in Verbindung mit dem Inbetriebsetzen eines solchen Inverters beim Anschalten der Zufuhr zufolge der Tatsache, daß beim -Anschalten auf dem über die Last 6 geschalteten Kondensator im allgemeinen keine Ladung vorhanden ist, um das anfänglich leitende Paar von Grleichrichtervorrichtungen in den nicht-leitenden Zustand zu kommutieren« Weiterhin haben, wenn die Lastspannung niedrig ist, wie es während der ersten wenigen Halbperioden des Arbeitens des Inverters unvermeidbar ist (unter der .Annahme, daß sie erzeugt werden können), die Spannungsabfälle in den steuerbaren Grleichrichtervorrichtungen einen beträchtlichen Einfluß beim Entgegenwirken gegen die natürliche Kommutation»

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist der Hilfsstromkreis 8 hinzugefügt, um die Kommutation in dem Hauptinverter während der Startperiode zu unterstützen. Zusätzlich schafft der Stromkreis 9 anfänglichen Strom in der Glättdrossel 7 vor dem Starten oder Anlassen des Inverters,

Wird die Gesamtarbeitsweise der Schaltung betrachtet, so wird ein anfänglicher Strom, der mit i_d bezeichnet werden kann, in der Drossel 7 dadurch hervorgerufen, daß die steuerbare Gleichrichtervorrichtung 91 in dem Stromkreis 9 leitend gemacht wird. Dieser Strom wird von der Abfühleinrichtung 94 abgefühlt, und wenn ein vorgeschriebener Strompegel (der niedriger als der normale Betriebsstrompegel des Inverters ist) erreicht ist, werden die steuerbaren Gleichrichtervorrichtungen 1 und 3 von dem Impulserzeuger 15 leitend gemacht« Wenn die Vorrichtungen

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1 und 3 leitend sind, wird der ^rom i_n der Drossel 7 aus dem Stromkreis 9 in den Laststromkreis 6 gelenkt, und er leitet eine gedämpfte Spannungsoszillation in der Last ein. Die Gleichrichtervorrichtung 91 wird natürlich nicht-leitend gemacht, wenn die Grleichrichtervorrichtungen 1 und 3 leitend gemacht werden, weil zufolge der Drossel 7 der Strom in der G-leichrichtervorrichtung 91 unter seinen Haltewert fällt«

Die Lastspannung wird von dem Steuerstromkreis 10 abgefühlt, und an dem oder kf^z vor dem Ende der ersten positiven Halbperiode der Wellenform an der Last 6 wird ein Zündimpuls von dem Impulserzeuger 11 erzeugt, der getrennte Einblendkreise zu den steuerbaren Grleichrichtervorrichtungen 2, 4 und 82, 84 hat. Ebenso wird kurz vor dem -^de der ersten negativen Halbperiode der Wellenform an der Last 6 der Impulserzeuger 12 wirksam gemacht, um Triggerimpulse an die Grleichrichtervorrichtungen 1, 3 und 81, 83 anzulegen.

Nachstehend wird die -Art und Weise beschrieben, auf welche der Hilfsstromkreis 8 die !Commutation beim Inbetriebsetzen des Inverters unterstützt. Werden ausreichend große fterte des Widerstands 88 und des Kondensators 87 angenommen, dann dann der Kondensator 87 so angesehen werden, daß er als Spannungsquelle arbeitet, die über das Paar G-leichrichtervorrichtungen 81, 83 oder 82, 84 in einen Pfad üüer die Leitungen 13 und 14 des Inverters geschaltet werden kann. Wenn der Hilfsstromkreis 8 durch Triggern der G-leichrichtervorrichtungen und 84 zuerst^ betätigt wird, siuä die Impedanz und die Spannung zwischen den Leitungen 13 und 14 niedrig, und der Strom in dem Stromkreis 8 ist zeitweilig der gleiche, wie er es 3ein würde, wenn die Leitungen 13 und 14 kurzgeschlossen wären. Wie weiter unten erläutert, erreicht dieser Strom sehr bald einen Grenzwert, jedoch würde er in einem echten Kurzschluß sich typisch einer Halbsinus-

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wellenform nähern, wie sie in Figo 3 dargestellt ist, so daß der Stromkreis 8 in der Lage ist, ^tromwerte aus den Hauptgleichrichtervorrichtungen 1, 2, 3 und 4 bis zu der Spitze dieser Halbwelle abzuleiten.

Bei jeder solchen Ableitung von Strom aus den Steuer- * baren Hauptgleichrichtervorrichtungen 1 bis 4 der Inverterschaltung wird von dem Kondensator 86 eine ladung aufgenommen, und da der Kondensator 86 in dem Stromkreis abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen angeschlossen wird, wird der Kondensator 87 durch in einer Eichtung verlaufende Impulse auf eine Polarität aufgeladen, die der Polarität seiner anfänglichen Ladung entgegengesetzt isto Der Kondensator 87 ist daher während der Anlaufperiode des Inverters eine Quelle sich progressiv ändernder Spannung, so daß über diese Periode die Fähigkeit des Hilfsstromkreises 8, Strom von den Hauptgleichrichtervorrichtungen 1 bis 4 des Inverters abzuleiten, allmählich verringert wird.

Ein äquivalenter Stromkreis der Schaltung gemäß Fig„ 1 ist in Fig. 2 wiedergegeben, in der die äußere Belastung des Hilfsstromkreises 8 ale Diode mit einem Vorspannstrom i, dargestellt ist» Es ist weiterhin angenommen, daß die Grleichrichtervorrichtungen 82, 84 diejenigen sind, die gegenwärtig wirksam sind. Die äquivalente Diode stellt daher an diesem Punkt den Pfad über die Hauptgleichrichtervorrichtungen des Inverters (in diesem Fall die Vorrichtungen 2, 4) dar, die nicht-leitend gemacht werden.

Solange der augenblickliche dtrom i_o in dem Stromkreis 8 unterhalb des Pegels i_d des Stromes in der Drossel 7 liegt, ist die äquivalente Diode gemäß Fig. 2 vorwärts vorgespannt, und der Strom in Stromkreis 8 nähert sich seinem Kurzschlußwert. Wenn jedoch der Strom ±_a den Wert ±_d erreicht, wird der Pfad über die äquivalente Diode blockiert und der Strom i auf den Wert i,

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begrenzt, d.h. er kann nicht weiter steigen, und es ist

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zeitweilig eine Eückwärtsvorspannung an der äquivalenten Diode vorhanden (die zu diesem Zeitpunkt den Pfad über die unwirksam werdenden Gleichrichtervorrichtungen 2, darstellt).

Der Strom i., der nunmehr in den Kondensator 86 fließt, ruft eine zunehmende Spannung hervor, die der Spannung an dem Kondensator 87 entgegenwirkt. Schließlich wird die Leitung 13 mit Bezug auf die Leitung 14 wieder positiv, und die äquivalente Diode (die nunmehr den Pfad über die wirksam werdenden G-leichrichtervorrichtungen 1, 3 darstellt) wird wieder, leitend,,

Wenn der Strom i_d in den Diodenpfad zurückgelenkt wird, wird der ^trom in den Grleichrichtervorrichtungen 82, 84 auf Null herabgesetzt, und diese Vorrichtungen werden nicht-leitend»

Nach mehreren Arbeitszyklen des Stromkreises 8 baut sich der Strom in der Drossel 7 in Richtung gegen den normalen Betriebsstromwert der Inverterschaltung auf und übersteigt den natürlichen Spitzenkurzschlußstrom in dem Hilfsstromkreis 8» Unter diesen Bedingungen ist keine Strombegrenzung in dem Hilfsstromkreis 8 vorhanden, und der Strom in diesem Stromkreis 8 hat am Ende des HaIbperiodenstromimpulses den ^"ert NuIl₀

Wie oben erläutert, sind in den ersten wenigen Arbeitszyklen die Grleichrichtervorrichtungen 82, 84 nichtleitend, wenn die "äquivalente Diode" (Fig. 2) wieder vorwärts vorgespannt ist. Wie weiterhin erwähnt, bildet die äquivalente Diode zu diesem Zeitpunkt den leitenden Pfad über die Eingangs zweige der Hauptbrücke des Inverters, und diese Brückenzweige stellen nur einen leitenden Pfad dar, falls die Tora der Grleichrichtervorrichtungen zweckentsprechend vorgespannt sind, wenn ihre zwischen Anode und Kathode vorhandene Spannung sich auf einen positiven Wert verschiebt. Die Länge der den steuerbaren Hauptgleichrichtervorrichtungen 1, 2, 3 und 4 der Inverter-

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schaltung zugeführten Torimpulse muß daher die Zeit überschreiten, die der Hilfskommutationsstromkreis 8 benötitgt, um das -^usgangspaar von steuerbaren G-leichrichtervorrichtungen des Hauptinverters nicht-leitend zu machen.

Während die Inverschaltung, die oben mit Bezug auf Figo 1 beschrieben worden ist, für viele Anwendungen zufriedenstellend ist, sind gewisse ihr eigene Begrenzungen vorhanden, indem es nicht praktisch sein kann, sie bei Anwendungen zu benutzen, in denen der Hilfskommutationastromkreis mit einem größeren Strombereich arbeiten soll, als er bei der oben beschriebenen Schaltung vorausgesetzt ist«, Ein Merkmal der Schaltung gemäß Fig. besteht beispielsweise darin, daß, wenn der natürliche Kurzschlußstrom des Hilfskommutationsstromkreises 8 den anfänglichen Strom in der Induktanz oder Drossel 7 beträchtlich übersteigt, eine beträchtliche Begrenzung hinsichtlich der Betriebsfrequenz der Schaltung gegeben sein kann, und zwar wegen der Zeit, die der relativ schwache Strom i-, benötigt, um den Kondensator 86 aufzuladen.

Die Schaltung gemäß Pig. 4 ist so ausgeführt, daß der Anwendungsbereich der Erfindung vergrößert wird, und der Hilfsstromkreis dieser Schaltung schafft ein Mittel zum Unterstützen der natürlichen Kommutation des Inverters, indem die Gleichstromleitungen 13 und 14 der Inverterschaltung kurzzeitig an eine Umkehrspannungsquelle 16 in Halbperioden der Lastschwingung angeschlossen werden. In der Praxis ist es erwünscht, daß die Gleichstromleitungen 13 und 14 der Inverterschaltung an die Umkehrspannungsquelle 16 während einer genau bestimmten Zeitdauer angeschlossen werden, die kürzer als die Zeitdauer der Triggerimpulse ist, welche den steuerbaren Gleichrichtervorrichtungen des Hauptinverters zugeführt werden« Der Aufbau von Energie in dem Hilfskommutatlonsstromkreis wird mittels ein^r strom-

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"begrenzenden Hilfsvorspannungsquelle 89 begrenzt. Weiterhin stimmt, wie bei der früheren ^chaltungsausführung gemäß Fig. 1, der Beginn der Hilfskommutationsperiode mit dem Beginn der natürlichen Kommutationsperiode überein, so daß die ^öteuerstromkreise vereinfacht werden können und der Hilfsstromkreis ohne Störung des Hauptstromkreises des Inverters abgeschaltet werden kann»

In Fig. 4 sind gleiche Bezugszeichen wie in Figo 1 verwendet, wo es zweckentsprechend ist. Es ist zu bemerken, daß die Gleichspannungsquä-le 16 zusätzlich zu der Hilfsvorspannungsquelle 89 vorhanden ist und daß nunmehr eine Nebenschlußdiode 17 vorgesehen ist» Eine in gestrichelten Linien wiedergegebene weitere Diode 25 ist vorgesehen, die jedoch nur wahlweise verwendet wird, und ihr Zweck wird nachstehend erläutert. Weiterhin ist eine kleine Änderung, die für die Schaltung nicht wesentlich ist, in dem durch den Block 8 wiedergegeben Hilfskommutationsstromkreis vorgesehen. Hier ist die Induktanz 85 nunmehr auf der Außenseite der Ihyristorbrücke dargestellt, da, wenn sich die Induktanz 85 in dieser Stellung befindet, die Beanspruchung, die sich aus der Spannu igsänderung mit der Zeit dV/dt in den G-leichrichtervorrichtungen 81 bis 84 ergibt, verringert ist.

Im Betrieb der Schaltung gemäß Pig. 4 (unter der Annahme eines Zeitpunktes, zu welchem die steuerbaren Gleichrichtervorrichtungen 82, 84 und 2, 4 Triggerimpulse empfangen) verhält sich jetzt der Hilfskommutationsstromkreis 8 wie eine Stromqeulle, um einen halbsinusförmigen Stromimpuls mit einer Dauer von typisch etwa 30 Mikrosekunden und mit einer angemessenen Amplitude zu erzeugen, und dieser Impuls dient dazu, die Diode 17 in vorwärts leitenden Zustand zu bringen. Während die Diode 17 leitet, sind die ■Grleiehstromleitungen 13» 14 des Haupt inverters über die Diode 17 wirksam an die Spannungsquelle 16 umgekehrter Polarität angeschlossen, lenn die leitende Periode der

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Diode 17 genügend lang ist, werden diejenigen Gleichrichtervorrichtungen des Hauptinverters, die zu Beginn dieses Zeitraums leitend sind und in den nicht-leitendän Zustand komrnutiert werdeil, abgeschaltet und erlangen wieder die Fähigkeit, in Vorwärtsrichtung au blockieren. Noch der leitenden Periode der Diode 17 werden die hereinführenden Gleichrichtervorrichtungen des Hauptinverters nunmehr leitend, und sie sind frei, das Leiten von Laststrom zu übernehmen.

In Fig. 5 ist eine der Schaltung gemäß Fig. 4 äquivalente Schaltung wiedergegeben, bei welcher die Last durch eine Spannungsquelle 51 mit einer Mittelfrequenzperiode, die viel länger als die Kommutationsperiode ist, dargestellt ist.

Wenn der Inverter normal mit natürlicher Kommutation arbeitet, schwingt das Potential der Leitung 13 der äquivalenten Schaltung gemäß Fig. 5 mit Bezug auf die Leitung 14 kurzzeitig ins Negative. Bei voller Energie führt dieses negative Schwingen, wenn es das stetige Potential der Quelle 16 übersteigt, dazu, daß Stromimpulse durch die Diode 17 gezogen werden, und zwar unabhängig davon, ob der Hilfsstromkreis als Ganzes arbeitet oder nicht. Da die Spannungsquelle 16 ebenso wie die Spannungsquelle 89 gewöhnlich eine Transformator/Gleichrichter-Quelle und einen auf diese folgenden Speicherkondensator umfaßt, kann dieser Kondensator sich auf die negative Spitzenspannung aufladen, so daß an der Diode 17 der volle Spitze-zu-Spitze-Wert der Spannung auf den Gleichstromleitungen 13 und 14 erscheint. Die Hinzufügung der oben genannten wahlweise verwendbaren Diode 25 blockiert diese »=>troinimpulse und teilt sich mit der Diode 17 in die Spannungsänderungen zwischen den Leitungen 13 und 14o

Nachstehend wird die Kombination von natürlicher und erzwungener Kommutation betrachtet. Bei der natürlichen Kommutation wirkt die effektive Spannungsquelle 51 der

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äquivalenten Schaltung gemäß Pigo 5 gleichzeitig in zwei parallelen Pfaden über die Gleichrichtervorrichtungen 1, 4 und 2, 3 des Hautpinverters, und sie verringert gleichzeitig an erster Stelle den Strom in den Vorrichtungen 1, 3 auf Null und baut an zweiter Stelle Strom in den Vorrichtungen 2, 4 bis zu dem Laststrompegel auf« Aus Figo 5 ist ersichtlich, daß die Wirkung des Hilfs-Stromkreises (der grundsätzlich die einen Schalter bildende Diode 17 in Beihe mit der Spannungsquelle 16 aufweist) darin besteht, den ersten Vorgang zu unterstützen, dem zweiten Vorgang jedoch entgegenzuwirken.

Soweit es das Unwirksam- oder Nichtleitendmachen der herausführenden steuerbaren Gleichrichtervorrichtungen des Hautpinverters betrifft, wird die Spannung der Quelle 16 während der !Commutation irgendeiner Lastspannung hinzugefügt, die für die !Commutation verfügbar sein kann, obwohl für sich allein dazu nicht ausreicht.

Der Aufbau von Strom in den hereinführenden steuerbaren Gleichrichtervorrichtungen des Hauptinverters wird jedoch durch den Hilfsstromkreis allgemein verzögert oder verringert. Während des Startens kann der Aufbau von Strom in den hereinführenden steuerbaren Gleichrichtervorriclitungen nicht vor dem Ende der Srholungsperiode der herausführenden steuerbaren Gleichrichtervorrichtungen beginnen, und es ist daher notwendig, zu gewährleisten, daß in dem Hilfsstromkreis eine angemessene Spannungsschwingung vorhanden ist, um wenigstens einen ^verriegelungsstrompegel in den hereinführenden steuerbaren Gieichrichtervorriehtungen aufzubauen.

Bs ist nunmehr ersichtlich, daß das genaue Verhalten der Schaltung gemäß Pig« 4 sich bei verschiedenen Pegeln des Gleichstromes i^ in der Drossel 7 und verschiedenen Pegeln der Mittelfrequenzspannung an der Last 6 ändern kann. Beispielsweise können die hereinführenden steuerbaren Gleichrichtervorrichtungen des Hauptinverters un-

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UliVHf.! bar nach der leitenden Periode der Diode 17 leiten oder nicht. Ebenso können die leitenden Thyristoren in Jern Hilfsstromkreis 8 zu dem Zeitpunkt, zu weichem die hereinführenden steuerbaren Sleiehrichtervorrichtungen des Haupt inverters in den leitenden Zustand gelangen, απwirksam gemacht werden oder nicht. Es ist ein praktischer Vorteil der Schaltung gemäß Fig. 4, daß solche Änderungen, wie 8ie vorstehend angedeutet wurden, toleriert werden können und kein Nichtwirken des Hilfsstromkreises oder des Hauptinvertera hervorrufen.

Wenn die Lastspannung sich bis zu einer Hohe aufgebaut hat, bei welcher die natürliche Kommutation ange-L messen ist, kann gewünschten!*alls ein Weiterwirken des Hilfastromkreiaea ohne Störung des Hauptstromkreises verhindert werden. Der Zeitpunkt, an welchem das Arbeiten dea Rilfsstromkreises verhindert wird, braucht nicht genau gewählt zu werden, obwohl die Nenngrößen der Komponenten es notwendig machen können, daß ein anderer Zeitpunkt für verschiedene -Arbeitsweisen der Schaltung bei praktischen -Anwendungen gewählt wird»

Typisch können die Mittel, die das Arbeiten des Hilfsstromkreises verhindern, wenn ein vorbestimmter Betriebspegel in der Last erreicht ist, einen die Lastspannung abfühlenden Stromkreis und eine auf diesen ansprechende Stromkreiseinrichtung aufweisen, um die Ausgangsimpulse ■ auf den in Pig» 4 mit 81 und 83 bezeichneten Leitungen des Triggerimpulserzeugers 12 und auf den mit 82 und bezeichneten Leitungen des Impulserzeugers 11 zu unterdrücken oder zu blockieren.

In der vorstehenden Beschreibung wurde auf verschiedene Blöcke Bezug genommen, deren Inhalt aus Gründen der Vereinfachung nicht im einzelnen beschrieben worden iat. Dies sind hauptsächlich die Blöcke 10, 11, 12 und 15.

Der Block 10 umfaßt einen Stromkreis, der als Eingangswellenform die im wesentlichen sinusförmige Spannung an

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-¹⁵- 2 C ^ c -3 Λ 7

der Last 6 empfängt und der beim Wirkaamweräc-iii üei einen charakteristischen Merkmal dieser Wellenform in einem Ausgangskreis einen Impuls kurz vor dem Sn de ,Bier positiven Halbperiode erzeugt und in. einem andere?" ^uu.^angs-· kreis einen Impuls kurz vor dem Ende jeder negativen Halbperiode erzeugte In de.r schwebenden deutschen !Patentanmeldung P. 2008239*7 ist eine besondere A eines Stromkreises aufgezeigt, der für diesen eignet ist ο

- Die Blöcke 11 und 12 bestehen jeweils aus : bekannten Impulsverstärker oder Triggerimpulseriv „,^er, der gleichzeitig in jedem isolierten Ausgang^kr-iis zu einem Z eitpunkt, der durch den Impuls in dem einen oder dem anderen Ausgangskreis des Blockes IC bestimmt wird, einen Impuls von angemessener -Amplitude und Dauer erzeugt, um die zugeordneten GfIe ichrichtervor richtung en 82," 84, 2, 4 bzw. 81, 83, 1, 3 zu zünden»

DerBlock 15 umfaßt irgendeinen bekannten Pegeldetektor, der einen Triggerimpuls oder einen Zustandsänderung erzeugt, wenn der Strom in der Fühleinrichtung 94 eine, vorbestimmten Pegel erreicht, und ferner einen Triggerimpulserzeuger, der gleichzeitig in jedem isolierten .Ausgangskreis zu einem Zeitpunkt, der von dem Triggerimpuls bestimmt wird, einen Impuls erzeugt, der ausreichend ist, um das Paar zugeordneter Gfleichrichtervorrichtungen 1, 3 zu zünden.

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Claims

Patentansprüche

M.j Inverterschaltung mit ersten und zweiten steuerbaren Hauptgleichrichtervorrichtungen, die zwischen Gleichstromspeiseanschlüsse und Lastanschlüsse zur Verbindung mit einem Laststromkreis geschaltet und so betätigbar sind, daß sie abwechselnd leiten, um Strom in entgegengesetzten Richtungen über die Lastanschlüsse zuzuführen, wobei das Einleiten des leitenden Zustandes der einen ^"leichrichtervorrichtungen im Betrieb bewirkt, daß eine vorspannende Spannung aus einem Laststromkreis zugeführt wird, um die Kommutation der anderen Gleichrichtervorrichtungen in den nicht-leitenden Zustand hervorzurufen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem über die Speiseanschlüsse verlaufenden Pfad ein Hilfskommutationsstromkreis vorgesehen ist, der bet tigbar ist, um die Kommutation während einer Anzahl von Perioden nach dem Inbetriebsetzen des Inverters zu unterstützen, indem er Strom von den steuerbaren Gleichrichtervorrichtungen zu dem Zeitpunkt ableitet, zu welchem die steuerbaren Gleichrichtervorrichtungen in den nichtleitenden Zustand kommutiert werden sollen,.

2o Inverterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskommutationsstromkreis eine Spannungsquelle enthält, die zu dem genannten Zeitpunkt in den genannten Pfad schaltbar ist.

5. Inverterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle über weitere steuerbare Halbleitervorrichtung in den genannten Pfad schaltbar ist_o

4o Inverterschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfad eine Induktanz und einen ersten Kondensator enthält und daß die ersten steuerbaren Gleichrichtervorrichtungen derart ausgeführt sind, daß sie den Kondensator abwechselnd in entgegengesetzten Sinn mit Bezug auf die JEingang3anSchlüsse in den Pfad schalten.

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5ο Inverterschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle einen zweiten Kondensator und eine Einrichtung zum Aufladen des Kondensators aufweist.

6. Inverterschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladeeinrichtung und die Werte des ersten und des zweiten Kondensators so gewählt sind, daß einprogressives Aufladen des zweiten Kondensators in Eichtung gegen einen Wert ermöglicht ist, der dem durch die .Aufladeeinrichtung gelieferten entgegengesetzt ist, so daß die Inverterschaltung zufolge der Ausgangsspannung, die nach einer Anzahl von Perioden nach dem Starten auftritt, das Bestreben hat, zu natürlicher Kommutation zurückzukehren.

7» Inverterschaltung nach.Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle zufolge des Leitens einer Diode in den genannten Pfad schaltbar ist und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die zu dem genannten Zeitpunkt in der Diode einen Stromimpuls erzeugt.

8. Inverterschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Impulserzeugungseinrichtung eine Induktanz, einen Kondensator und eine weitere Schalteinrichtung aufweist, die betätigbar ist, um einen in einer Richtung verlaufenden Stromimpuls in der Diode einzuleiten.

9. Inverterschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Schalt«»einrichtung steuerbare Halbleitergleichrichter in einer Brückeanordnung,deren Wechselstrompfad einen Kondensator enthält, eine Induktanz,

eine weitere Spannungsquelle und eine Einrichtung aufweist, welche die steuerbaren Halbleitergleichrichtervorrichtungen wahlweise leitend macht, um abwechselnd Strom über den induktiven-kapazitiven Stromkreis, der von dem Kondensator und der Induktanz gebildet iat, in abwechselnden Eichtungen durch den Kondensator hindurch zu übertragen«

10. Inverterschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,

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dadurch gekennzeichnet, daß die Diode über eine weitere entgegengesetzt gepolte Diode mit den Eingangsanschlüssen verbunden ist.

11. Inverterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten steuerbaren Grleichrichtervorrichtungen /in Brückenanordnung geschaltet sind.

12. Inverterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Stromkreiseinrichtung, die über die Eingangsanschlüsse geschaltet und vor dem Starten des Inverters betätigbar ist, um einen vorbestimmten Strom aus einer Gleichstromzufuhr hervorzurufen.

13. Inverterschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Stromkreiseinrichtung einen steuerbaren Halbleitergleichrichter, einen Kondensator und eine Stromabfülleinrichtung in Reihe aufweisto

14ο Inverterschaltung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche das Einleiten von TriggeBignalen zu den steuerbaren Hauptgleichrichtervorrichtungen beim Starten im Ansprechen auf einen von der Fühleinrichtung abgefühlten vorbestimmten Strom bewirkt.

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